Biopolym. Cell. 2004; 20(3):182-192 .
http://dx.doi.org/10.7124/bc.0006A5
Огляди
Оцінка методів ренатурації для промислового отримання рекомбінантних білків із тілець включення Escherichia coli в біологічно активній формі
1Гільчук П. В.
  1. Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
    Вул. Академіка Заболотного, 150, Київ, Україна, 03680

Abstract

Однією із стратегій, широко використовуваних для отриман­ня рекомбінантних білків у клітинах Е. coli, є їхнє накопичен­ня при експресії у вигляді нерозчинних цитоплазматичних агрегатів – тілець включення. Переваги такого синтезу обу­мовлені високими рівнями накопичення і чистоти цільового білка в тільцях включення, а також можливістю проведення успішної ренатурації білка in vitro. Основна проблема, яка перешкоджає індустріалізації цього процесу, обумовлена від­сутністю універсальних схем ренатурації, оскільки рефолдинг рекомбінантних білків залишається емпіричним процесом і потребує розробки унікальних протоколів для індивідуальних білків. Вивчення основних шляхів агрегації, а також особливо­ стей фолдингу in vivo дозволило розробити ефективні підходи для проведення рефолдингу багатьох рекомбінантних білків. В огляді оцінено деякі сучасні методи ренатурації та описано загальні стратегії, які можна застосовувати для промислово­го отримання білків із бактеріальних тілець включення. Сти­сло проаналізовано новітні досягнення, що стосуються рена­турації рекомбінантних білків, які містять дисульфідні зв'яз­ки (окислювальний рефолдинг), розглянуто причини, що викликають агрегацію білків під час ренатурації in vitro, а також підходи, які застосовують для підвищення виходу правильно ренатурованого продукту.
Повний текст: (PDF, російською)

References

[1] Mashko SV. Optimization expression of foreign genes in E. coli cells. Biotekhnologiya. 1998. 6:3-23.
[2] Rudolph R, Lilie H. In vitro folding of inclusion body proteins. FASEB J. 1996;10(1):49-56.
[3] Clark EDB. Refolding of recombinant proteins. Curr Opin Biotechnol. 1998;9(2):157-63.
[4] Clark ED. Protein refolding for industrial processes. Curr Opin Biotechnol. 2001;12(2):202-7.
[5] Li M, Su ZG, Janson JC. In vitro protein refolding by chromatographic procedures. Protein Expr Purif. 2004;33(1):1-10.
[6] The QIAexpressionist. A handbook for high-level expression and purification 6-His-tagget proteins, New York: Qiagen 2000; p. 14.
[7] Demchenko AP. Recognition between flexible protein molecules: induced and assisted folding. J Mol Recognit. 2001;14(1):42-61.
[8] Horowitz PM. Ironing out the protein folding problem? Nat Biotechnol. 1999;17(2):136-7.
[9] Tsumoto K, Ejima D, Kumagai I, Arakawa T. Practical considerations in refolding proteins from inclusion bodies. Protein Expr Purif. 2003;28(1):1-8.
[10] Cowley DJ, Mackin RB. Expression, purification and characterization of recombinant human proinsulin. FEBS Lett. 1997;402(2-3):124-30.
[11] Burgess RR. Purification of overproduced Escherichia coli RNA polymerase sigma factors by solubilizing inclusion bodies and refolding from Sarkosyl. Methods Enzymol. 1996;273:145-9.
[12] Rozema D, Gellman SH. Artificial chaperone-assisted refolding of denatured-reduced lysozyme: modulation of the competition between renaturation and aggregation. Biochemistry. 1996;35(49):15760-71.
[13] Choi S., Kim J., Lee Y., Jang Y.-J., Pastan I., Choe M. A divalent immunotoxin formed by the disulfide bond between hinge regions of fab domain. Bull Korean Chem Soc. 2001; 22 (12):1361-1365.
[14] Simmons T, Newhouse YM, Arnold KS, Innerarity TL, Weisgraber KH. Human low density lipoprotein receptor fragment. Successful refolding of a functionally active ligand-binding domain produced in Escherichia coli. J Biol Chem. 1997;272(41):25531-6.
[15] Middelberg AP. Preparative protein refolding. Trends Biotechnol. 2002;20(10):437-43.
[16] Ptitsyn OB, Bychkova VE, Uversky VN. Kinetic and equilibrium folding intermediates. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 1995;348(1323):35-41.
[17] De Bernardez Clark E, Hevehan D, Szela S, Maachupalli-Reddy J. Oxidative renaturation of hen egg-white lysozyme. Folding vs aggregation. Biotechnol Prog. 1998;14(1):47-54.
[18] Wall JG, Pluckthun A. The hierarchy of mutations influencing the folding of antibody domains in Escherichia coli. Protein Eng. 1999;12(7):605-11.
[19] Knappik A, Pluckthun A. Engineered turns of a recombinant antibody improve its in vivo folding. rotein Eng. 1995;8(1):81-9.
[20] Bollag D.M., Daniel M. Protein Methods, New York 1996; p. 415.
[21] Glockshuber R, Schmidt T, Pluckthun A. The disulfide bonds in antibody variable domains: effects on stability, folding in vitro, and functional expression in Escherichia coli. Biochemistry. 1992;31(5):1270-9.
[22] Raina S, Missiakas D. Making and breaking disulfide bonds. Annu Rev Microbiol. 1997;51:179-202.
[23] Ohage E, Steipe B. Intrabody construction and expression. I. The critical role of VL domain stability. J Mol Biol. 1999;291(5):1119-28.
[24] Wulfing C, Pluckthun A. Protein folding in the periplasm of Escherichia coli. Mol Microbiol. 1994;12(5):685-92.
[25] Pluckthun A. Antibodies from Escherichia coli. The pharmacology of monoclonal antibodies, Eds M. Rosenberg, G. P. Moore.-Berlin: Springer 1995; p. 269-315.
[26] Martineau P, Jones P, Winter G. Expression of an antibody fragment at high levels in the bacterial cytoplasm. J Mol Biol. 1998;280(1):117-27.
[27] pET System Manual, New York: Novagen 1999; p. 15.
[28] Kurucz I, Titus JA, Jost CR, Segal DM. Correct disulfide pairing and efficient refolding of detergent-solubilized single-chain Fv proteins from bacterial inclusion bodies. Mol Immunol. 1995;32(17-18):1443-52.
[29] Berdichevsky Y, Lamed R, Frenkel D, Gophna U, Bayer EA, Yaron S, Shoham Y, Benhar I. Matrix-assisted refolding of single-chain Fv- cellulose binding domain fusion proteins. Protein Expr Purif. 1999;17(2):249-59.
[30] Blank K, Lindner P, Diefenbach B, Pl?ckthun A. Self-immobilizing recombinant antibody fragments for immunoaffinity chromatography: generic, parallel, and scalable protein purification. Protein Expr Purif. 2002;24(2):313-22.
[31] Stevens RC. Design of high-throughput methods of protein production for structural biology. Structure. 2000;8(9):R177-85.
[32] Buchner J, Pastan I, Brinkmann U. A method for increasing the yield of properly folded recombinant fusion proteins: single-chain immunotoxins from renaturation of bacterial inclusion bodies. Anal Biochem. 1992;205(2):263-70.
[33] Lindner P., Guth B., Wulfing C., Krebber C., Steipe B., Muller F., Pluckthun, A. Purification of native proteins from the cytoplasm and periplasm of Escherichia coli using IMAC and histidine tails: A comparison of proteins and protocols () Methods. 1992; 4 (1):41-56.
[34] Schmid G. Cyclodextrin glycosyltransferase production: yield enhancement by overexpression of cloned genes. Trends in Biotechnology. 1989;7 (9):244-248.
[35] Cardamone M, Puri NK, Brandon MR. Comparing the refolding and reoxidation of recombinant porcine growth hormone from a urea denatured state and from Escherichia coli inclusion bodies. Biochemistry. 1995;34(17):5773-94.
[36] Dubnovitsky AP, Kravchuk ZI, Chumanevich AA, Cozzi A, Arosio P, Martsev SP. Expression, refolding, and ferritin-binding activity of the isolated VL-domain of monoclonal antibody F11. Biochemistry (Mosc). 2000;65(9):1011-8.
[37] Altamirano MM, Golbik R, Zahn R, Buckle AM, Fersht AR. Refolding chromatography with immobilized mini-chaperones. Proc Natl Acad Sci U S A. 1997;94(8):3576-8.
[38] Dubrovsky A. L., Savinskaya L. A., Kornelyuk A. I. Cloning and bacterial expression of the cytokine-like noncatalytic domain of bovine tyrosyl-tRNA synthetase. Biopolym Cell. 1998; 14(5):449-452.