大分子蛋白表達(dá)上調(diào)

當(dāng)研究凋亡相關(guān)蛋白（如 caspase-3）或細(xì)菌du su（如白喉du su A 鏈）時(shí)，傳統(tǒng)細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)常因蛋白毒性導(dǎo)致宿主死亡。體外蛋白表達(dá)技術(shù)通過無細(xì)胞環(huán)境規(guī)避了這一限制：在兔網(wǎng)織紅細(xì)胞裂解物中添加目標(biāo)基因 mRNA，4 小時(shí)內(nèi)即可獲得功能性毒性蛋白，且產(chǎn)率高達(dá) 0.5 mg/mL。2021 年斯坦福團(tuán)隊(duì)利用此技術(shù)成功表達(dá)出全長 63 kDa 的 Bax 蛋白，并證實(shí)其在線粒體膜穿孔中的構(gòu)象變化。該方案不只避免了細(xì)胞毒性問題，還通過 實(shí)時(shí)熒光監(jiān)測（如 FITC 標(biāo)記）量化了蛋白折疊效率，為靶向凋亡通路的抗cancer藥物篩選提供了新工具。優(yōu)化后的??原核體外蛋白表達(dá)??已廣泛應(yīng)用于抗體篩選、酶工程等領(lǐng)域。大分子蛋白表達(dá)上調(diào)

B淋巴細(xì)胞抗原CD19是一種跨膜糖蛋白，為B細(xì)胞惡性zhong Liu生物標(biāo)志物、CAR-T等療法理想靶點(diǎn)，包含單個(gè)跨膜螺旋（292-313）、天然信號(hào)肽（1-20）、胞外N端結(jié)構(gòu)域（ECD）和胞內(nèi)C端結(jié)構(gòu)域（ICD）。其ECD有兩個(gè)通過二硫鍵連接的免疫球蛋白樣C2型結(jié)構(gòu)域，ICD有多個(gè)無序區(qū)域。生產(chǎn)CD19，尤其是ECD對(duì)開發(fā)新的B細(xì)胞淋巴瘤Zhi liao方法十分重要。然而，ECD素來有“難表達(dá)”的特點(diǎn)，會(huì)導(dǎo)致表達(dá)滴度低、蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊和聚集，阻礙了對(duì)細(xì)胞表面分子的詳細(xì)分子研究。在本應(yīng)用中，我們利用eProteinDiscovery系統(tǒng)的可溶性標(biāo)簽選擇功能和無細(xì)胞混合物，在24小時(shí)內(nèi)篩選了192種表達(dá)條件，優(yōu)化了可溶性CD19蛋白的生產(chǎn)（如圖1所示）。我們成功表達(dá)并純化了全長CD19、ECD和ICD。篩選完成后，在24小時(shí)內(nèi)將適合條件進(jìn)行放大，可生產(chǎn)微克級(jí)的蛋白質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)了Zhi liao研究所需復(fù)雜蛋白質(zhì)的提效生產(chǎn)。本應(yīng)用為表達(dá)其他具有跨膜結(jié)構(gòu)域、二硫鍵和高度無序區(qū)域的“難表達(dá)”蛋白質(zhì)提供了參考。大分子蛋白表達(dá)水平CHO細(xì)胞重組蛋白表達(dá)??是生產(chǎn)抗體的常用技術(shù)。

根據(jù)模板設(shè)計(jì)，無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)可分為線性模板和環(huán)狀模板表達(dá)。線性模板（如PCR產(chǎn)物）無需克隆，快速啟動(dòng)表達(dá)，但穩(wěn)定性差、產(chǎn)量較低，適用于Batch體系的快速篩選。環(huán)狀模板（如質(zhì)粒DNA）通過克隆技術(shù)制備，穩(wěn)定性高且產(chǎn)量提升，適合CECF體系的大規(guī)模生產(chǎn)（如抗體或抗原制備）。此外，結(jié)合T7/T3/SP6啟動(dòng)子的偶聯(lián)轉(zhuǎn)錄/翻譯系統(tǒng)（如TNT系統(tǒng)）可直接以DNA為模板，簡化流程并提高效率。以上形式可根據(jù)需求組合使用，例如原核CECF系統(tǒng)+環(huán)狀模板用于工業(yè)化生產(chǎn)，或真核Batch系統(tǒng)+線性模板用于快速篩選。

傳統(tǒng)微生物發(fā)酵生產(chǎn)工業(yè)酶面臨周期長（>72 小時(shí)）且純化復(fù)雜的瓶頸。新一代連續(xù)流體外蛋白表達(dá)系統(tǒng) 通過耦合反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)高效合成：將大腸桿菌裂解物與纖維素酶基因模板泵入螺旋管，在 30℃ 恒溫條件下持續(xù)產(chǎn)出酶蛋白，每小時(shí)產(chǎn)量達(dá) 120 mg/L，較批次反應(yīng)提高 8 倍。德國 BRAIN AG 公司利用此技術(shù)生產(chǎn) 耐熱木聚糖酶，直接添加至造紙漿料中降解半纖維素，使漂白劑用量減少 30%。該系統(tǒng)還支持 實(shí)時(shí)補(bǔ)料——補(bǔ)充消耗的氨基酸和能量物質(zhì)可維持 48 小時(shí)穩(wěn)定表達(dá)，單位酶成本降至 $2.5/g，逼近發(fā)酵法經(jīng)濟(jì)閾值?？茖W(xué)家用細(xì)菌??進(jìn)行蛋白表達(dá)??來生產(chǎn)胰島素。

無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)的模板可以是線性DNA（如PCR產(chǎn)物）或環(huán)狀質(zhì)粒，需包含啟動(dòng)子（如T7/T3/SP6）和核糖體結(jié)合位點(diǎn)（RBS）以啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄翻譯。為提升效率，系統(tǒng)可能添加分子伴侶（如DnaK/GroEL）輔助蛋白折疊，或氧化還原劑（如谷胱甘肽）促進(jìn)二硫鍵形成。部分高級(jí)系統(tǒng)（如PURE體系）使用純化重組元件替代粗提物，實(shí)現(xiàn)更高可控性，但成本較高。無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)可靈活引入非天然氨基酸（nnAA），擴(kuò)展了蛋白質(zhì)的功能多樣性。例如，通過定制tRNA和氨酰-tRNA合成酶，無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)系統(tǒng)能準(zhǔn)確將熒光標(biāo)記或交聯(lián)基團(tuán)嵌入目標(biāo)蛋白，用于結(jié)構(gòu)生物學(xué)或藥物偶聯(lián)開發(fā)。更前沿的應(yīng)用是人工生命體系的構(gòu)建，如利用無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)合成噬菌體或人工細(xì)胞雛形，結(jié)合微流控技術(shù)模擬細(xì)胞內(nèi)代謝網(wǎng)絡(luò)，為合成生物學(xué)研究提供可控的簡化模型。添加 2 mM 鎂離子可使 ??大腸桿菌體外蛋白表達(dá)??產(chǎn)量提高 60%。大分子蛋白表達(dá)水平

大腸桿菌裂解物添加含T7啟動(dòng)子的線性DNA后，裂解物中的??內(nèi)源性RNA聚合酶??即可轉(zhuǎn)錄mRNA。大分子蛋白表達(dá)上調(diào)

從裂解物來源看，無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)主要分為原核系統(tǒng)和真核系統(tǒng)。原核系統(tǒng)以大腸桿菌S30提取物為主，成本低、耐受性強(qiáng)，適合表達(dá)簡單蛋白或引入非天然氨基酸，但缺乏復(fù)雜翻譯后修飾能力。真核系統(tǒng)包括兔網(wǎng)織紅細(xì)胞裂解物（RRL）和麥胚提取物（WGE），前者適合哺乳動(dòng)物蛋白的高效表達(dá)，后者對(duì)植物和病毒蛋白更優(yōu)，且能處理長鏈RNA，但成本較高。此外，昆蟲細(xì)胞提取物系統(tǒng)近年也用于復(fù)雜蛋白的修飾研究。英國nuclera 高通量微流控蛋白表達(dá)篩選系統(tǒng)可助力支持無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)，如想了解更多信息，歡迎咨詢官方代理商上海曼博生物！大分子蛋白表達(dá)上調(diào)