β-ガラクトシダーゼ遺伝子コドン最適化は、転写後の発現増強をもたらす

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Gene.2020 Jul;748:144676. S0378-1119(20)30345-0. doi: 10.1016/j.gene.2020.144676.Epub 2020-04-16.

β-ガラクトシダーゼ遺伝子コドン最適化は、転写後の発現増強をもたらす

β-Galactosidase gene codon optimization results in post-transcriptional enhancement of expression.

Shuo Tan
Yuan Chen
Yue Gao
Jiaping He
Xinbing Guo
Simin Zhang
Jingzhi Zhang
Fanyi Zeng

PMID: 32305635 DOI: 10.1016/j.gene.2020.144676.

抄録

目的:

lacZは、細菌細胞のガラクトースオペロン内のβ-ガラクトシダーゼをコードする。レポーター遺伝子として使用される場合、細菌の"β-ガラクトシダーゼ"発現は、しばしば哺乳類細胞での検出には不十分である。我々は、真核生物におけるトランスジェニック遺伝子の発現増強の道を開くために、牛乳に含まれる7つの主要タンパク質のうち、最も頻繁に使用されるコドンに応じてlacZコドンの使用を最適化することを目的としている。

OBJECTIVE: lacZ encodes for β-galactosidase within the galactose operon of bacterial cells. When used as a reporter gene, bacterial "β-galactosidase" expression is often insufficient for detection in mammalian cells. We intended to optimize the lacZ codon usage according to the most frequently used codons for the seven major proteins in cow's milk, in order to pave a way for the enhancement of transgenic genes expression in eukaryotes.

結果:

牛乳中で発現するタンパク質に使用される任意のコドンに従って修飾されたlacZ(olacZと命名)を構築した。その後、HC11（マウス乳腺上皮細胞）、293T、HeLa、Cos7、NIH 3T3細胞を用いて、lacZとolacZの発現を比較した。ｌａｃＺとｏｌａｃＺの間にはｍＲＮＡレベルでの有意差は見られなかったが（Ｐ＞0.05）。β-ガラクトシダーゼ活性の定量とin situ染色実験では、olacZとlacZを比較した場合、1.2倍から3.3倍の発現改善が見られた。olacZからのタンパク質レベルでのβ-ガラクトシダーゼ発現量は、Cos7細胞で約9.2倍、HC11細胞で約2.4倍であった。さらに、トランスジェニックolacZマウスでは、授乳中の乳腺におけるolacZの発現が1.9倍に増加する傾向が認められた。

RESULTS: We constructed modified lacZ (named olacZ) according to optional codons used for proteins expressed in cow's milk. The expression of lacZ and olacZ was then compared in HC11 (a murine mammary gland epithelial line), 293T, HeLa, Cos7, and NIH 3T3 cells. While there was no significant difference at the mRNA level between lacZ and olacZ (P > 0.05). The quantification of β-galactosidase activity and in situ staining experiments showed a 1.2-fold to 3.3-fold expression improvement when comparing olacZ with lacZ. The levels of β-galactosidase expression at the protein levels from olacZ were approximately 9.2-fold and 2.4-fold respectively for Cos7 and HC11 cells. Furthermore, a 1.9-fold tendency of enhanced expression of olacZ in mammary gland during lactation was observed in transgenic-olacZ mice.

結論:

この研究は、真核生物、特にウシまたはヤギの乳腺におけるlacZレポーターの発現を改善するための代替的な選択肢を示す。

CONCLUSION: This study demonstrates an alternative choice for improving lacZ reporter expression in eukaryotes, especially in the mammary gland of cattle or goats.