β-ガラクトシダーゼのα補完系を用いた機能性IRESのスクリーニング

Screening for functional IRESes using α-complementation system of β-galactosidase in .

• Yide Huang
• Yafei Zhang
• Suhuan Li
• Ting Lin
• Jingwen Wu
• Yao Lin

抄録

研究の背景:

は、全ゲノムおよびトランスクリプトームの配列が決定され、代謝工学や合成生物学のための有望なシャーシ細胞となりつつある。しかし、現在の多遺伝子共発現システムは効率的ではない。内部リボソームエントリーサイト（IRES）は、リボソームをリクルートしてタンパク質合成を開始する機能を持っており、キャップに依存しない翻訳様式でタンパク質合成を開始する。本研究では、1 つの mRNA で複数のタンパク質を発現させることが可能な IRES 配列をスクリーニングし、代謝工学や合成生物学のプラットフォームとしての有効性を高めることを目的としている。

Background: is becoming a promising chassis cell for metabolic engineering and synthetic biology after its whole genome and transcriptome sequenced. However, the current systems for multigene co-expression in are not efficient. The internal ribosome entry site (IRES) has an ability to recruit the ribosome to initiate protein synthesis by cap-independent translation manner. This study seeks to screen IRES sequences that are functional in , which will allow to express multiple proteins in a single mRNA and increase its efficacy as a platform for metabolic engineering and synthetic biology.

結果:

IRES配列を効率的にスクリーニングするために、まず、遺伝子を用いたスクリーニングシステムの構築に着手した。この遺伝子は暗号的に転写されているため、β-ガラクトシダーゼのα相補系は、α相補ペプチドの最適な長さを92アミノ酸〜としたものを構築した。次に、最適なα-相補ペプチドを、対応するω-ペプチドを発現している遺伝子組換えGS115におけるIRESをスクリーニングするための第二のレポーターとして使用した。合計34個の報告されたIRESをスクリーニングした。すべての偽陽性または陰性の IRES を除外した後、TEV、PVY、RhPV、TRV、KSHV、crTMV ウイルス、および .NET の遺伝子の 5'-UTR から得られた 7 個の IRES のみが機能していました。

Results: In order to efficiently screen the IRES sequences, we first set out to create a screening system using gene. Due to the cryptic transcription of the gene, we established the α-complementation system of β-galactosidase in with the optimum length of the α-complementing peptide at ~ 92 amino acids. The optimal α-complementing peptide was then used as the second reporter to screen IRESes in the engineered GS115 expressing the corresponding ω-peptide. A total of 34 reported IRESes were screened. After ruling out all false positive or negative IRESes, only seven IRESes were functional in , which were from TEV, PVY, RhPV, TRV, KSHV, crTMV viruses and the 5'-UTR of the gene of .

結論:

本研究では、α-コンプリメンテーションが生体内でも機能することを示し、様々なin vivo研究に利用できることを示した。本研究でスクリーニングした機能性IRESは、原核生物のようなポリシストロニックな方法で複数の遺伝子を導入することが可能であり、代謝工学や合成生物学の研究に新たな効率的なツールを提供することができた。

Conclusions: We showed here that α-complementation also works in and it can be used in a variety of in vivo studies. The functional IRESes screened in this study can be used to introduce multiple genes into via a prokaryotic-like polycistronic manner, which provided new efficient tools for metabolic engineering and synthetic biology researches in .

© The Author(s) 2019.