大肠杆菌双质粒系统pSE2：兼顾高DNA产量与严格表达调控的高效重组蛋白生产平台

《Applied Microbiology and Biotechnology》：A dual-plasmid system for efficient soluble protein expression in Escherichia coli

　　

摘要

基于大肠杆菌的表达系统因其简单、经济且可扩展而被广泛应用于重组蛋白生产。然而，该系统常面临渗漏表达、密码子偏好性和溶解性差等挑战。尽管已有多种策略用于解决这些问题，但仍有一些难题尚未解决。降低表达质粒的拷贝数可减少渗漏表达，但会损害质粒产量。辅助质粒通常携带p15A复制起点和氯霉素抗性标记，通过提供稀有tRNA或分子伴侣来解决密码子偏好性和蛋白错误折叠问题。然而，由于质粒不兼容性，这些辅助质粒无法同时使用，导致既存在密码子偏好性又存在折叠困难的基因缺乏有效的解决方案。在本研究中，我们引入了一种双质粒系统，由表达质粒（pSE2）和辅助质粒（pRARE2a-GKJE）组成。pSE2单独存在时维持高拷贝数，便于高效制备DNA。pRARE2a-GKJE提供Rop蛋白、LacI阻遏蛋白、稀有tRNA和分子伴侣。当pSE2与pRARE2a-GKJE共表达时，pSE2经历Rop介导的拷贝数抑制和LacI介导的转录抑制，二者协同防止渗漏表达。同时，提供的稀有tRNA和分子伴侣协同增强可溶性蛋白的表达。与传统系统相比，pSE2在克隆期间实现了更高的DNA产量，在表达期间显著降低了拷贝数，从而最小化渗漏表达。对多个人源密码子优化基因的测试显示，该系统可实现高效的可溶性表达，其中TurboID达到97%，SpyCas9达到99%，PE6d达到53%。此外，pSE2无需重新克隆即可直接进行真核功能验证。该双质粒系统为重组蛋白生产和功能研究提供了一个多功能平台。

要点

• 双质粒系统既能实现高DNA产量，又能实现严格的蛋白表达调控。

• 该系统确保了难以表达蛋白的可溶性表达。

• pSE2既能实现原核表达，又能实现真核功能验证。