核糖体工程增强酿酒酵母中的遗传密码扩展

《Synthetic and Systems Biotechnology》：Ribosome engineering enhances genetic code expansion in Saccharomyces cerevisiae

　　摘要遗传密码扩展使得非规范氨基酸（ncAAs）能够位点特异性地掺入蛋白质中，但其在真核生物中有限的效率仍然是阻碍其更广泛应用的主要障碍。在此，我们建立了一个可视化的即插即用筛选平台，用于在酿酒酵母中进化18S核糖体DNA，并鉴定出能够提高非规范氨基酸掺入效率的核糖体变体。表现最佳的菌株被命名为ribo-hyper，其非规范氨基酸依赖性绿色荧光蛋白产生量相比野生型rDNA菌株提高了2.9倍，并在不同的正交氨酰-tRNA合成酶/tRNA对中增强了掺入效率。对ribo-hyper的表征显示，其整体翻译活性和细胞生长略有降低。蛋白质组学分析进一步揭示了氨基酸生物合成、翻译相关蛋白和应激反应通路的变化，表明工程化核糖体重塑了细胞翻译稳态。翻译质量控制通路的扰动，包括核糖体救援因子Dom34和Hbs1以及核心mRNA外泌体组分Ski6，降低了含非规范氨基酸蛋白的输出，而核糖体质量控制因子Rqc2的缺失则几乎没有影响。这些发现支持核糖体救援及相关mRNA周转在ribo-hyper菌株中高效非规范氨基酸掺入中的作用。总之，我们的结果确立了真核核糖体工程作为提高酵母中遗传密码扩展的一种可行策略。Xiaoxu Chen|Wenlu Shen|Xianqing Chen|Fangfang Zhang|Bo Yang|Zhiyong Yue|Guanghou Zhao