Тельца включения (бактерии)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Тельца включения — это нерастворимые белковые агрегаты, образующиеся при суперэкспрессии рекомбинантных белков у бактерий.

Общие сведения[править | править вики-текст]

В клетках под электронным микроскопом чаще всего тельца включения выглядят как большие тёмные скопления[1][2]. Выделенные из клеток тельца включения представляют собой аморфные сферические или палочковидные образования диаметром от 0.2 мкм до 1.2 мкм[3][4][5].

Состав[править | править вики-текст]

Основой телец включения является суперэкспрессированный в бактерии белок. Согласно некоторым исследованиям в тельцах включения увеличена пропорция β-структур и, таким образом, многие тельца включения являются амилоидом[6]. Наиболее часто, помимо основного белка, тельца включения содержат шапероны DnaK и GroEL, а также два специализированных белка IbpA (Inclusion body protein A) и IbpB (Inclusion body protein B), найденных преимущественно в тельцах включения[7][8]. Шапероны DnaK находится на поверхности, где он совместно с ClpB участвует в разрушении белкового агрегата и рефолдинге белка, в то время как GroEL — внутри телец включения[9]. Также тельца включения могут содержать дополнительные белки, в зависимости от того, какой конкретно белок экспрессируется. Так, тельца включения человеческого основного фактора роста фибробластов hFGF-2 дополнительно содержали шаперон DnaK, а также фактор трансляции EF-Tu и метаболические ферменты дигидролипоамид дегидрогеназу LpdA, триптофаназу TnaA, тагалоза-1,6-бисфосфат альдолазу GatY[10].

Агрегация. Деагрегация. Роль шаперонов[править | править вики-текст]

Было показано, что агрегация белка в тельца включения — процесс обратимый. Если синтез белка прекращается, то тельца включения постепенно исчезают и полностью свёрнутый белок появляется в цитоплазме[11]. Этот процесс происходит с участием шаперонов DnaK и ClpB и активным использованием энергии гидролиза АТФ[12][13]. В процессе дезинтеграции телец включения также могут участвовать белки IbpA и IbpB и протеазы Lon и ClpP[14].

Использование[править | править вики-текст]

Тельца включения содержат относительно чистый экспрессируемый белок и сравнительно легко выделяются. Единственная проблема — последующий рефолдинг (повторное сворачивание) белка. Поэтому существуют даже специальные системы экспрессии, намеренно направляющие белок в тельца включения. В частности, соединение экспрессируемого белка с такими белками как TrpLE, PurF, PagP, кетостероидизомеразой, приводит к образованию телец включения нужной чистоты[15]. В качестве методов рефолдинга выделяют: разведение белкового раствора, диализ, хроматографический рефолдинг и использование высокого гидростатического давления[16].

Примечания[править | править вики-текст]

  1. J. M. Betton, M. Hofnung Folding of a mutant maltose-binding protein of Escherichia coli which forms inclusion bodies (англ.) // The Journal of Biological Chemistry : журнал. — 1996-04-05. — Vol. 271, no. 14. — P. 8046-8052. — ISSN 0021-9258.
  2. Chenguang Zhu, Ziniu Yu The surface layer protein of Bacillus thuringiensis CTC forms unique intracellular parasporal inclusion body (англ.) // Journal of Basic Microbiology. — 2008-08-01. — Vol. 48, no. 4. — P. 302-307. — ISSN 0233-111X. — DOI:10.1002/jobm.200800013.
  3. M. M. Carrió, R. Cubarsi, A. Villaverde Fine architecture of bacterial inclusion bodies (англ.) // FEBS letters. — 2000-04-07. — Vol. 471, no. 1. — P. 7-11. — ISSN 0014-5793.
  4. Hui Kang, Ai-You Sun, Ya-Ling Shen, Dong-Zhi Wei Refolding and structural characteristic of TRAIL/Apo2L inclusion bodies from different specific growth rates of recombinant Escherichia coli (англ.) // Biotechnology Progress. — 2007-02-01. — Vol. 23, no. 1. — P. 286-292. — ISSN 1520-6033. — DOI:10.1021/bp060238c.
  5. G. A. Bowden, A. M. Paredes, G. Georgiou Structure and morphology of protein inclusion bodies in Escherichia coli (англ.) // Bio/Technology (Nature Publishing Company). — 1991-08-01. — Vol. 9, no. 8. — P. 725-730. — ISSN 0733-222X.
  6. Lei Wang Towards revealing the structure of bacterial inclusion bodies (англ.) // Prion. — 2009-09-01. — Vol. 3, no. 3. — P. 139-145. — ISSN 1933-690X.
  7. Britta Jürgen, Antje Breitenstein, Vlada Urlacher, Knut Büttner, Hongying Lin Quality control of inclusion bodies in Escherichia coli (англ.) // Microbial Cell Factories. — 2010-01-01. — Vol. 9. — P. 41. — ISSN 1475-2859. — DOI:10.1186/1475-2859-9-41.
  8. S. P. Allen, J. O. Polazzi, J. K. Gierse, A. M. Easton Two novel heat shock genes encoding proteins produced in response to heterologous protein expression in Escherichia coli (англ.) // Journal of Bacteriology. — 1992-11-01. — Vol. 174, no. 21. — P. 6938-6947. — ISSN 0021-9193.
  9. M. Mar Carrió, Antonio Villaverde Localization of chaperones DnaK and GroEL in bacterial inclusion bodies (англ.) // Journal of Bacteriology. — 2005-05-01. — Vol. 187, no. 10. — P. 3599-3601. — ISSN 0021-9193. — DOI:10.1128/JB.187.10.3599-3601.2005.
  10. Ursula Rinas, Frank Hoffmann, Eriola Betiku, David Estapé, Sabine Marten Inclusion body anatomy and functioning of chaperone-mediated in vivo inclusion body disassembly during high-level recombinant protein production in Escherichia coli (англ.) // Journal of Biotechnology. — 2007-01-01. — Vol. 127, no. 2. — P. 244-257. — ISSN 0168-1656. — DOI:10.1016/j.jbiotec.2006.07.004.
  11. M. M. Carrió, A. Villaverde Protein aggregation as bacterial inclusion bodies is reversible (англ.) // FEBS letters. — 2001-01-26. — Vol. 489, no. 1. — P. 29-33. — ISSN 0014-5793.
  12. Assaf Rokney, Merav Shagan, Martin Kessel, Yoav Smith, Ilan Rosenshine E. coli transports aggregated proteins to the poles by a specific and energy-dependent process (англ.) // Journal of Molecular Biology. — 2009-09-25. — Vol. 392, no. 3. — P. 589-601. — ISSN 1089-8638. — DOI:10.1016/j.jmb.2009.07.009.
  13. P. Goloubinoff, A. Mogk, A. P. Zvi, T. Tomoyasu, B. Bukau Sequential mechanism of solubilization and refolding of stable protein aggregates by a bichaperone network (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 1999-11-23. — Vol. 96, no. 24. — P. 13732-13737. — ISSN 0027-8424.
  14. Andrea Vera, Anna Arís, Mar Carrió, Nuria González-Montalbán, Antonio Villaverde Lon and ClpP proteases participate in the physiological disintegration of bacterial inclusion bodies (англ.) // Journal of Biotechnology. — 2005-09-23. — Vol. 119, no. 2. — P. 163-171. — ISSN 0168-1656. — DOI:10.1016/j.jbiotec.2005.04.006.
  15. Peter M. Hwang, Jonathan S. Pan, Brian D. Sykes Targeted expression, purification, and cleavage of fusion proteins from inclusion bodies in Escherichia coli (англ.) // FEBS letters. — 2014-01-21. — Vol. 588, no. 2. — P. 247-252. — ISSN 1873-3468. — DOI:10.1016/j.febslet.2013.09.028.
  16. Anindya Basu, Xiang Li, Susanna Su Jan Leong Refolding of proteins from inclusion bodies: rational design and recipes (англ.) // Applied Microbiology and Biotechnology. — 2011-10-01. — Vol. 92, no. 2. — P. 241-251. — ISSN 1432-0614. — DOI:10.1007/s00253-011-3513-y.