酵母表面展示技术简介

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1、浅谈酵母表面展示技术姓名：毛惠民学号：20101029指导老师：杨梅摘要：酵母表达体系同时具有真核细胞翻译后蛋白加工修饰的过程与原核表达体系的特点，因此，以酵母为基础的表面展示体系在诸多展示系统中有独特的优势。本文主要对酵母细胞展示的理论基础、展示体系类型及应用研究的进展等进行了初步探讨。关键字：酵母、表面展示、凝聚素、GPIScott和Smith在1985年通过发现短肽链可以融合到丝状噬菌体的锚定蛋白上，却不影响其感染大肠杆菌的能力，最早提出表面展示技术，促进了噬菌体表面展示系统的发展[1]。自从丝状噬菌体表面展示技术创立以来，表面展示技术在很短的一段时间内

2、得到快速发展，不同的实验室又分别发展T4噬菌体、T7噬菌体、细菌、杆状病毒、酵母等表面展示系统。微生物细胞表面展示是通过将靶蛋白基因序列与特定的载体蛋白基因序列融合后导入微生物宿主细胞，靶蛋白在载体蛋白的引导下表达并定位于微生物细胞表面，保持相对独立的空间构象和原有的生物学活性。微生物细胞表面展示系统包括细菌展示系统、噬菌体展示系统以及酵母展示系统。最早研究且比较成熟的系统是噬菌体展示系统，它是将外源的多肽与丝状噬菌体的次要外壳蛋白融合并展示在外壳表面，噬菌体展示系统目前主要用于从复杂的文库中分离特异性的配体、抗原、抗体，由于噬菌体颗粒较小，展示蛋白的大小和数

3、量均有限。原核蛋白主要用细菌展示系统展示，革兰氏阴性菌外表面有外膜，外源蛋白与暴露在细胞表面的外膜蛋白、脂蛋白、菌毛蛋白或鞭毛蛋白的末端融合后得到展示[2]。酵母展示系统是比较理想的、应用最广泛的展示系统，其优势在于：遗传操作方便；能对表达的外源蛋白进行折叠、糖基化等翻译后修饰，因而适宜表达真核蛋白；另外，酵母可以在廉价的培养基中培养达到很高的细胞密度。1酵母表面展示系统原理细胞表面是细胞内外的功能界面。一些表面蛋白横穿过质膜，另一些以共价或非共价结构与细胞表面复合物结合一起。细胞能够锚定特定的表面蛋白，并且能将其限制在细胞表面的特定区域。在生物技术中，细胞表

4、面通常用于研究蛋白跨膜的机理。酵母细胞表面展示技术是近年来发展较快的一种真核蛋白表达系统，其基本原理是将外源靶蛋白基因(外源蛋白)与特定的载体基因序列融合后导入酵母细胞，利用酵母细胞内蛋白转运到膜表面的机制使靶蛋白固定化表达在酵母细胞表面，在医药、食品、生物燃料等多个工业领域都有广泛的应用前景[3]。2酵母表面展示系统基本组成2.1宿主细胞酿酒酵母一直被认为是安全的模式生物（GRAS）而广泛应用于食品工业和医药工业，也是目前常见的用于酵母表面展示的宿主细胞。除酿酒酵母外，近年来酵母展示平台已被拓展至某些能利用甲醇作为单一碳源和能量来源的细胞株，如巴斯德毕赤酵母

5、、汉逊酵母。与酿酒酵母相比，嗜甲醇酵母细胞株具有更优越的发酵特性，如能够在廉价的碳源中生长和更高的细胞培养密度，这些特性使其在需要大规模发酵的应用中更具优势，例如展示异源酶作为全细胞催化剂[4]。另外，毕赤酵母对外源蛋白的O-糖基化程度更高，因而对展示的外源酶具有更好的稳定效果。2.2载体蛋白酵母细胞表面包被着一层坚硬的细胞壁，由内层的葡聚糖骨架和外层的甘露糖蛋白构成。甘露糖蛋白主要包括两类蛋白质：一种以非共价方式松散地结合于细胞壁，可以用SDS抽提；另一类蛋白必需以β-1,3或β-1,6葡聚糖酶消化细胞壁后才能抽提，这类蛋白常含有GPI锚定区域。α-凝集素和

6、絮凝素以及细胞壁蛋白如Cwp1p，Cwp2p，Tip1p等都属于GPI家族蛋白，外源蛋白与它们融合后可被共价锚定于细胞表面，这些蛋白是常用的酵母表面展示载体蛋白。2.3外源蛋白酵母表面展示系统适合展示各种真核蛋白，包括酶、细胞识别因子、受体、抗体、抗原等，被广泛地应用于蛋白质工程、全细胞催化、生物转化、细胞吸附、分子识别、生物治疗、信号转导、生物传感器和疫苗等领域。外源蛋白与载体蛋白的融合方式有C末端融合、N末端融合、插入融合。对某些外源蛋白，选择恰当的融合方式可以明显改善展示效果或蛋白的功能特性，如Aga2p蛋白有良好的柔性，外源蛋白可以以N末端或C末端两种

7、方式与其融合。研究表明抗CD3ε单链抗体融合于Aga2p蛋白C末端时，其亲和力较天然蛋白降低30～100倍[5]，而融合于N末端时活性得以恢复。3酵母表面展示系统的类型目前，最常见的酵母表面展示表达系统包括:凝集素展示表达和絮凝素展示表达[6]。凝集素展示表达系统是将外源基因与酵母编码凝集素C端编码序列(含GPI锚定信号序列)连接后插入质粒载体的信号肽下游，融合蛋白诱导表达后，信号肽引导嵌合蛋白向细胞外分泌，由于融合蛋白C末端存在含GPI锚定信号的凝集素多肽序列，可将蛋白锚定在酵母细胞壁中，从而将蛋白分子展示表达在酵母细胞表面。絮凝素展示表达系统利用絮凝素基因

8、与外源蛋白融合，并将融合蛋白展露表达在