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Plusieurs formes d'expression de protéines chez E. coli

Temps de mise à jour : 2020-10-19

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Plusieurs formes d'expression de protéines chez E. coli

L'étude de la structure et de la fonction du gène étranger dans le système d' expression des protéines in vitro constitue une partie importante de la recherche en biologie moléculaire. L'expression de protéines in vitro comprend l'expression de fusion et l'expression de non-fusion, ainsi que l'expression dans des systèmes d'expression de mammifères, des systèmes d'expression de levure et des systèmes d'expression de cellules d'insectes. Escherichia coli présente les caractéristiques d'une compréhension approfondie des traits héréditaires, d'une croissance rapide, d'une culture économique et d'un niveau d'expression élevé.

Par conséquent, l' expression d'E. Coli a été le système d'expression préféré pour exprimer des protéines étrangères pendant une longue période.



Le système d'expression d'Escherichia coli est la bactérie d'ingénierie préférée pour l'expression des protéines, et c'est également le système d'expression procaryote classique le plus largement utilisé.

Les chercheurs de General Biosystems ont mis en place une plateforme de services d'expression et de purification de protéines d'E. Coli matures, qui fournit des services d'expression et de purification comprenant diverses protéines recombinantes et leurs complexes dans E. coli.

Escherichia coli est divisé en trois cavités par les membranes externe et interne. La protéine cible exprimée par E. coli est localisée dans les trois cavités: intracellulaire, extracellulaire et périplasme.
Selon la localisation du produit d'expression, l'expression du gène cible dans E. coli est généralement divisée en expression intracellulaire et expression sécrétoire.
Parmi eux, l'expression intracellulaire est la forme d'expression la plus importante, et ses produits d'expression peuvent être divisés en formes d'expression soluble et de corps d'inclusion insoluble. Selon la nature de la protéine cible, la forme d'expression de la protéine cible dans E. coli est divisée en expression de fusion et expression de non-fusion.

1. Expression intracellulaire


La protéine cible exprimée par E. coli est souvent localisée dans la cellule. Afin d'éviter une accumulation excessive du produit d'expression dans la cellule et d'affecter la croissance cellulaire ou de former des corps d'inclusion, la protéine cible soluble peut utiliser sa propre séquence fonctionnelle et le système de traitement et de transport de la protéine E. coli, enfin traverser la membrane cellulaire et sécrètent dans l'espace périplasmique entre la membrane cellulaire et la paroi cellulaire ou le fluide de culture cellulaire.

2. Expression secrète


La protéine recombinante cible traverse la membrane interne d'E. Coli pour atteindre l'espace périplasmique, ou traverse la membrane externe pour atteindre l'espace extracellulaire, appelé sécrétion. Une série de structures de séquences de protéines Sec liées à la sécrétion de protéines d'E. Coli dans l'espace périplasmique et au transport transmembranaire à l'extérieur de la cellule ont été découvertes, notamment SecA, SecB, SecD, SecE, SecF, SecG et SecY [9, ces 7] . En plus de la protéine Sec, des chaperons moléculaires tels que GroES / GroEL, DnaK / DnaJ et h / Ffs sont également impliqués dans le transport.

3. Expression soluble


L'expression du gène cible dans Escherichia coli est généralement capable d'obtenir une expression soluble avec une activité biologique. Cependant, les protéines étrangères sont souvent facilement dégradées par les protéases hôtes ou forment des corps d'inclusion tout en obtenant des niveaux d'expression élevés.

Par conséquent, il est nécessaire d'explorer l'expression soluble de protéines étrangères dans E. coli. Pour améliorer l'expression soluble de la protéine recombinante, il est d'abord nécessaire de sélectionner un vecteur approprié et des bactéries hôtes, et deuxièmement, il peut également réduire le taux de synthèse de protéine recombinante.


Des études sur des modèles de cinétique des protéines montrent que le rendement en protéine active dépend du taux de synthèse des protéines, du taux de repliement des protéines et du taux d'agrégation des protéines.

À des niveaux d'expression élevés, une fois que le taux d'agrégation de la chaîne peptidique naissante dépasse le taux de repliement des protéines, cela conduira à la formation de corps d'inclusion.

Par conséquent, la réduction du taux de synthèse des protéines recombinantes est bénéfique pour augmenter l'expression soluble de la protéine recombinante.

Les méthodes couramment utilisées comprennent l'abaissement de la température de culture, la sélection d'un promoteur approprié et l'utilisation d'une concentration plus faible d'inducteur.



La composition du milieu a un effet significatif sur l'amélioration de l'expression soluble des protéines recombinantes dans E. coli.

Le chaperon moléculaire est une sorte de protéine qui peut aider la chaîne polypeptidique à former la structure tridimensionnelle correcte.

Il aide principalement au repliement de la chaîne peptidique en empêchant ou en corrigeant une liaison hydrophobe déraisonnable. Des études ont montré que la co-expression avec des chaperons moléculaires peut améliorer la solubilité de la protéine cible, et si plusieurs chaperons moléculaires sont exprimés en même temps, il est possible d'obtenir de meilleurs résultats que de les utiliser seuls.

Il est à noter que le choix des chaperons moléculaires de co-expression doit être basé sur les caractéristiques de la protéine recombinante elle-même.

La structure primaire de la protéine, à savoir la séquence d'acides aminés, est un facteur important affectant la formation des corps d'inclusion. Le remplacement d'un ou plusieurs acides aminés dans la protéine peut inhiber la formation de corps d'inclusion et augmenter la solubilité du produit exprimé.

La raison possible est que l'hydrophobicité de la protéine recombinante change ou que la stabilité de la protéine recombinante augmente après la mutation.


4. Formez l'expression du corps d'inclusion


Cependant, lorsque la protéine cible est exprimée en grandes quantités, le produit d'expression s'accumule dans E. coli, et des particules solides inactives se forment, appelées corps d'inclusion.

La protéine cible du corps d'inclusion a la séquence d'acides aminés correcte, mais comme elle n'est pas correctement repliée et a une erreur de conformation spatiale, elle n'est généralement pas biologiquement active.

Par rapport aux produits protéiniques cibles solubles, les corps d'inclusion présentent les avantages d'un enrichissement en protéine cible, d'une résistance aux protéases et d'une moindre toxicité pour l'hôte.

La principale raison de la formation de corps d'inclusion est le manque de certains cofacteurs pour le repliement des protéines lors de l'expression de la protéine cible recombinante, ou l'environnement n'est pas adapté pour former des liaisons secondaires correctes.

Les principaux facteurs affectant la formation des corps d'inclusion sont la nature de la protéine elle-même, les conditions de culture et les protéines chaperons moléculaires.


5. Expression des protéines de fusion


L'expression de la protéine de fusion consiste à connecter les régions codantes de deux ou plusieurs gènes bout à bout, puis contrôlée par la même séquence régulatrice, de sorte que l'expression de fusion de protéine cible ait une efficacité élevée, moins de dégradation et une purification simple et pratique.

De plus, le site de clivage du réactif chimique ou le site de clivage de la protéase construit dans le vecteur d'expression de fusion peut être utilisé pour éliminer le peptide procaryote de la protéine de fusion in vitro pour obtenir un produit protéique naturel.

Parce que la protéine de fusion est facile à préparer, elle a une probabilité plus élevée de maintenir l'activité et l'immunogénicité de la protéine d'origine, et elle peut également être commercialisée pour offrir la possibilité d'un clivage ultérieur de la protéine de fusion pour obtenir la protéine eucaryote à l'intérieur.

De plus, l'expression de fusion peut non seulement augmenter la quantité d'expression protéique, mais également aider la protéine cible à se replier correctement pour obtenir une protéine soluble.


Actuellement, les systèmes d'expression de fusion les plus largement utilisés comprennent le système PA, le système PG, le système de fusion His, le système GST, le système FLAG, le système MBP, le système de fusion TrxA, etc.

Le produit d'expression exprimé dans l'expression procaryote est très efficace, relativement stable et pas facilement dégradé par l'hôte.


6. Expression de protéines non fusionnées


L'expression non fusionnée d'une protéine exprimée qui n'est fusionnée avec aucune protéine ou polypeptide de la cellule hôte consiste à insérer le gène cible dans le promoteur fort du vecteur d'expression et en aval de la séquence SD, avec le codon d'initiation AUG du gène cible comme point de départ de la traduction.

L'extrémité N-terminale de la chaîne peptidique de protéine cible exprimée ne contient pas la protéine exprimée par le vecteur d'expression procaryote, et la protéine cible exprimée est cohérente avec la protéine naturelle en séquence, structure et immunogène.

Les protéines non fusionnées sont facilement dégradées ou détruites par les protéases dans les cellules hôtes pour produire des protéines inactives, ce qui affecte l'efficacité d'expression.


L'expression de protéines étrangères dans Escherichia coli présente les avantages d'un niveau d'expression élevé, d'une opération facile et d'un faible coût.

Les formes d'expression courantes comprennent l'expression intracellulaire, l'expression sécrétée, l'expression soluble, la forme de corps d'inclusion insoluble et l'expression de fusion et l'expression de non-fusion.

Plusieurs formes. L'expression de protéines étrangères dans E. coli est un projet systématique. Par conséquent, nous devrions accumuler de l'expérience dans le processus de recherche pour découvrir la clé pour améliorer l'efficacité de l'expression des protéines recombinantes.

Par conséquent, il est possible d'utiliser le système d'expression d'E. Coli pour exprimer de grandes quantités de protéines étrangères actives.


General Biosystems , une société de services d'expression et de purification de protéines, peut fournir à ses clients des services hôtes plus courants, notamment E. coli, des levures et des cellules de mammifères. Si vous souhaitez utiliser d'autres cellules hôtes ou des systèmes d'expression sans cellule, veuillez nous contacter.