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在酿酒酵母中表达的均一 [C,N]-标记和糖基化 IgG1 Fc。

Uniform [C,N]-labeled and glycosylated IgG1 Fc expressed in Saccharomyces cerevisiae.

机构信息

Department of Biochemistry and Molecular Biology, University of Georgia, 120 E. Green St, Davison Life Science Complex, Athens, GA, 30602, USA.

Department of Chemistry, University of Georgia, Athens, GA, USA.

出版信息

J Biomol NMR. 2024 Mar;78(1):9-18. doi: 10.1007/s10858-023-00428-1. Epub 2023 Nov 21.

DOI:10.1007/s10858-023-00428-1
PMID:37989910
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11025670/
Abstract

Despite the prevalence and importance of glycoproteins in human biology, methods for isotope labeling suffer significant limitations. Common prokaryotic platforms do not produce mammalian post-translation modifications that are essential to the function of many human glycoproteins, including immunoglobulin G1 (IgG1). Mammalian expression systems require complex media and thus introduce significant costs to achieve uniform labeling. Expression with Pichia is available, though expertise and equipment requirements surpass E. coli culture. We developed a system utilizing Saccharomyces cerevisiae, [C]-glucose, and [N]-ammonium chloride with complexity comparable to E. coli. Here we report two vectors for expressing the crystallizable fragment (Fc) of IgG1 for secretion into the culture medium, utilizing the ADH2 or DDI2 promoters. We also report a strategy to optimize the expression yield using orthogonal Taguchi arrays. Lastly, we developed two different media formulations, a standard medium which provides 86-92% N and 30% C incorporation into the polypeptide, or a rich medium which provides 98% N and 95% C incorporation as determined by mass spectrometry. This advance represents an expression and optimization strategy accessible to experimenters with the capability to grow and produce proteins for NMR-based experiments using E. coli.

摘要

尽管糖蛋白在人类生物学中普遍存在且非常重要,但同位素标记的方法存在很大的局限性。常见的原核平台无法产生对许多人类糖蛋白(包括免疫球蛋白 G1(IgG1))的功能至关重要的哺乳动物翻译后修饰。哺乳动物表达系统需要复杂的培养基,因此在实现均匀标记时会引入显著的成本。可以使用毕赤酵母表达系统,尽管专业知识和设备要求超过大肠杆菌培养。我们开发了一种利用酿酒酵母、[C]-葡萄糖和[N]-氯化铵的系统,其复杂性可与大肠杆菌相媲美。在这里,我们报告了两种用于表达 IgG1 可结晶片段(Fc)以分泌到培养基中的载体,利用 ADH2 或 DDI2 启动子。我们还报告了一种使用正交田口数组优化表达产量的策略。最后,我们开发了两种不同的培养基配方,一种标准培养基可将 86-92%的 N 和 30%的 C 掺入多肽中,或一种丰富培养基可将 98%的 N 和 95%的 C 掺入多肽中,这是通过质谱法确定的。这项进展代表了一种表达和优化策略,对于能够使用大肠杆菌进行基于 NMR 的实验的实验人员来说是可行的。

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