大肠杆菌中dAb一级结构与可溶性表达关联

Correlation Between Protein Primary Sequence Structure and Soluble Expression Level of dAbs in Escherichia coli

DOI：10.3969/j.issn.1673-1689.2017.09.010

中文关键词: dAb 氨基酸组成 可溶性表达 聚类分析 线性建模

英文关键词: dAb,amino acid panel,soluble expression,clustering analysis,linear modeling

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中文摘要:

抗体类药物研发是药物发展的一个重要研究方向，目前已有许多抗体在原核表达体系中成功表达。人们通常采用“试错法”优化表达系统，提高蛋白质产量，但该方法费时费力且成功率低，因此迫切需要探索氨基酸组成与蛋白质可溶性表达水平之间的关联，以指导表达系统的选择或蛋白质分子的定向改造。在单域抗体dAb分子的C端末尾添加一个氨基酸，发现单个氨基酸的改变足以引起蛋白质可溶性表达量发生显著变化。通过层次聚类、Cluster Omega对dAb氨基酸序列与表达水平分别进行分类，发现两者分类一致的比例达到70%，证明了氨基酸序列与蛋白质表达水平间的关联。通过对65个CDR随机突变的dAb分子进行线性建模分析其可溶性表达量，发现对dAb胞外质量分数有显著影响作用的氨基酸组合为S（丝氨酸），R（精氨酸），N（天冬酰胺），D（天冬氨酸），Q（谷氨酰胺），Y（酪氨酸），F（苯丙氨酸），G（甘氨酸），对dAb胞内质量分数有显著影响作用的氨基酸组合为G，R，C（半胱氨酸），N，S，Y，K（赖氨酸），A（丙氨酸），对dAb蛋白质总量有显著影响的组合为R，S，G，N，Y，C，Q，F，T（苏氨酸）。其中R、S和G的含量显著影响dAb的可溶性表达量且该影响不受分布位置的影响。蛋白质的极性亦是其可溶性表达水平的显著影响因素。

英文摘要:

Lots of antibody drug have been successfully expressed in the prokaryotic system. Lacking knowledge on the process mechanism of recombinant protein expression has forced researchers to use "trial and error" to improve soluble production，which is time and labor consuming with low success rate. Adding different amino acids to the C-terminal of a dAb often results in significant variation of soluble expression levels. The amino acid sequence of dAbs highly concords with their soluble expression levels，with a consistency being 70%. Through analyzing the soluble expression and sequence data of 65 dAbs using clustering and linear modeling，we show that certain amino acids panel could significantly affect the soluble expression of dAbs，with the specific amino acids composition in these panels being（S，R，N，D，Q），（G，R，C，N，S） and（R，S，G），respectively，in the supernatant，pellet and total amount. In addition，polar was found a vital factor affecting the soluble production of dAb. These results may be helpful in orthomutation.

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