CN104059128B - 一种人工合成的信号肽及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种人工合成的信号肽及其应用。本发明的信号肽的氨基酸序列为SEQ ID NO:5。本发明的信号肽可添加于哺乳动物细胞表达载体,用于引导哺乳动物来源蛋白分泌表达，可将其在动物细胞中的外源蛋白表达量提高。

Description

一种人工合成的信号肽及其应用

本案为以下专利申请的分案申请：

申请号：201210118230.9；

申请日：2012年4月20日；

发明名称：一种人工合成的信号肽及其应用

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体涉及用于引导哺乳动物来源蛋白质在哺乳动物细胞中分泌表达的信号肽及其应用。

技术背景

外源基因在宿主细胞中的高效表达是蛋白质的结构和功能分析、蛋白质或多肽类药物研究开发的先决条件。用于表达重组蛋白的表达体系有微生物、植物、酵母、昆虫细胞和动物细胞等。哺乳动物细胞是表达具有天然活性蛋白的最佳宿主，其优势在于能正确有效地识别真核蛋白的合成、加工和分泌信号，识别和去除基因中的内含子，再经剪切加工成为成熟的mRNA，能准确地完成糖基化、磷酸化，形成链内和链间二硫键及蛋白水解等翻译后加工过程，因而产生的完整抗体和天然抗体一样，具有生物学活性，既可识别抗原又可激活补体系统。哺乳动物细胞易被重组的DNA转染，经过筛选可得到转化的细胞，具有遗传稳定性和可重复性，表达的产物分泌到培养基中易于纯化。利用哺乳动物细胞表达蛋白产物已广泛应用于生物制品工业，如病毒疫苗、抗体、干扰素、免疫调节剂、激素、和生长因子等的大量制备。但动物细胞外源蛋白表达效率低，且成本高，因此提高动物细胞外源蛋白表达效率，降低生产成本是当前工作中的重中之重。

影响外源蛋白质在哺乳动物细胞中的因素很多，如信号肽、转录和翻译控制因子、RNA加工(RNAProcessing)、基因拷贝的数目、mRNA的稳定性、外源基因在染色体上的整合位点、重组蛋白对宿主细胞的潜在毒性和宿主细胞的基因组偏好性(geneticproperties)等。在表达载体已经确定的情况下，信号肽的选择就显得至关重要了。

分泌蛋白的N-端通常由可被剪切的15-30Aa的前导顺序组成，此顺序称为信号肽（signalsequence），在N-端或靠近N端处有2-3个极性Aa，而在信号肽的中部都是一个唯一的疏水核心或者由很多的疏水Aa构成。信号肽中没有其它保守顺序也没有酸性基团。和导肽相似，信号肽也是可足以将任何附加的多肽转运进靶膜。例如将信号肽加在珠蛋白的N-端，就可使它不再留在胞液中，而是穿过膜而分泌到胞外。

信号肽可使正在翻译的核糖体附着到RER膜上。核糖体是通过信号肽的功能而附着并合成分泌蛋白的。因此游离的核糖体和膜结合核糖体之间本身并无差异。信号肽是作为一种附着到ER膜上的信号识别，此可能通过开始合成出的N-端头几个氨基酸的疏水功能。然后蛋白链插进膜中，信号肽埋在膜中的一种蛋白酶所剪切这时核糖体已完成翻译，蛋白已延着导肽途经穿过膜。信号肽分泌外源蛋白的作用如下：

1）信号肽能够引导分泌蛋白或膜蛋白出胞。

2）信号肽的疏水核心决定蛋白质的分泌效率。

3）信号肽能够引导蛋白质在细胞内不同区域或不同细胞器进行正确的定位。

4）信号肽能够分泌增强子增强外源蛋白的分泌。

5）短的信号欣有利于减少表达载体的分子置，提高整合到宿主染色体上外源基因表达盒的

稳定性和转录效率。

对于分泌蛋白，选择合适的信号肽可以将其表达量成倍提高，无论对于工业生产还是科学研究，其意义都是非常深远的。

发明内容

本发明目的是提供一种可以引导外源哺乳动物细胞蛋白高效表达的信号肽及其应用，以降低哺乳动物来源蛋白的生产成本。

首先，本发明提供了一种人工合成的用于引导哺乳动物来源蛋白质在哺乳动物细胞中分泌表达的信号肽，所述信号肽的氨基酸序列选自SEQIDNO:1-5中的任一。其中，SEQIDNO:1-5的信号肽具有较高的同源性。

SEQIDNO:1MDVLAFLLGLLLLWLPGVRC

SEQIDNO:2MDVPAEFLGLLLLWLSGVRC

SEQIDNO:3MRVLPEFLGLLLLWISGVRC

SEQIDNO:4MDVPLQLLGLLLLWLSGVRC

SEQIDNO:5MDVPAELLGLLLLWISGVRC

所述的哺乳动物细胞可以是CHO、BHK、SP2/0、C127等。

本发明的信号肽可用于在哺乳动物宿主细胞中引导哺乳动物来源蛋白的分泌表达。

本发明还提供了一种多核苷酸，所述多核苷酸编码所述用于引导哺乳动物来源蛋白质在哺乳动物细胞中分泌表达的信号肽。

进一步的，所述多核甘酸的序列选自SEQIDNO:6-10中的任一：

ATGGATGTTCTTGCTTTTCTTCTGGGCTTGCTGCTTTTGTGGCTTCCCGGGGTGAGGTGC（SEQIDNO:6）

ATGGATGTTCCTGCCGAATTTCTTGGATTGTTGTTGTTGTGGCTCTCCGGAGTGCGTTGC（SEQIDNO:7）

ATGAGGGTTCTGCCTGAATTCCTGGGACTTTTGTTGTTGTGGATTTCCGGCGTGCGATGT（SEQIDNO:8）

ATGGATGTACCACTTCAGCTTCTTGGCTTGTTGTTGCTTTGGCTTTCTGGCGTGAGATGT（SEQIDNO:9）

ATGGATGTGCCTGCTGAACTTTTGGGCCTTCTTTTGTTGTGGATATCAGGAGTACGATGC（SEQIDNO:10）

本发明的多核苷酸可通过常规的合成方法制备。

本发明的多核苷酸可添加于哺乳动物细胞表达载体,用于引导哺乳动物来源蛋白的分泌表达。

利用本发明的信号肽在动物细胞中分泌表达哺乳动物来源蛋白的方法为：将编码本发明信号肽的多核苷酸与编码表达哺乳动物细胞来源蛋白的多核苷酸连接后克隆入哺乳动物细胞表达载体，而后将该重组哺乳动物细胞表达载体转染哺乳动物细胞后表达目的蛋白。

本发明还提供了一种哺乳动物细胞表达载体，所述表达载体含有前述编码本发明信号肽的多核苷酸及编码哺乳动物来源的蛋白质的多核苷酸。

所述表达载体中，编码本发明信号肽的多核苷酸紧接在所述编码哺乳动物来源的蛋白质的多核苷酸前端。

进一步的，所述表达载体中，所述编码本发明信号肽的多核苷酸的前端添加有Kozak序列。

所述表达载体的启动子可以是EF-1α启动子、CMV启动子、SV40晚期启动子或SV40早期启动子等。

如本发明实施例列举的，所述表达载体为改造的pIRESneo3，所述改造的pIRESneo3中，人EF-1α启动子序列或人EF1-HTLV启动子序列替换了pIRESneo3质粒中的hCMV主要立即早期启动子序列。

本发明还提供了一种哺乳动物宿主细胞，所述宿主细胞为前述表达载体所转染。所述的哺乳动物细胞可选自CHO、BHK、SP2/0、C127等。

本发明还进一步提供了一种哺乳动物来源的蛋白质的生产方法，为在适合表达所述哺乳动物来源的蛋白质的条件下，培养前述哺乳动物宿主细胞，而后从培养物中采用常规方法分离出所述哺乳动物来源的蛋白质。

所述哺乳动物来源的蛋白质可以为任意分子量的蛋白质，如各种药物蛋白：促红细胞生成素，各种具有促红细胞生成素活性的改构促红细胞生成素，以及抗体等。

本发明将本发明信号肽与蛋白质自身信号肽进行比较，外源蛋白表达量的测定结果表明，本发明的信号肽特别适用于CHO细胞，与现有信号肽相比，在动物细胞中的外源蛋白表达量获得大幅提升，表达水平提高了约2～36倍，其应用有利于筛选到高表达单克隆细胞株，具有降低生产成本、便于后续纯化等优势。

附图说明

图1显示发明信号肽与EPO自身信号肽的比较（pEF载体）

图2显示发明信号肽与EPO自身信号肽的比较（pEV载体）

具体实施方式

下述实施例详细说明本发明，但并不对其发明范围进行限制

本发明实施例所列举的表达载体，是由质粒pIRESneo3改造获得。其中，人EF-1α启动子序列、人EF1-HTLV启动子序列分别替换了原质粒中的hCMV主要立即早期启动子(Humancytomegalovirusmajorimmediateearlypromoter)序列。

实施例1信号肽的合成

因信号肽较短，将信号肽按引物合成。5′端添加NheI酶切位点及Kozak序列，3′端添加目的基因序列部分，以便于在目的基因上添加该信号肽。

信号肽1：TCGGAGCTAGCCACCATGGATGTTCTTGCTTTTCTTCTGGGCTTGCTGCTTTTGTGGCTTCC

CGGGGTGAGGTGCGCCCCACCACG（SEQIDNO:11）

信号肽2：TCGGAGCTAGCCACCATGGATGTTCCTGCCGAATTTCTTGGATTGTTGTTGTTGTGGCTCTC

CGGAGTGCGTTGCGCCCCACCACG（SEQIDNO:12）

信号肽3：TCGGAGCTAGCCACCATGAGGGTTCTGCCTGAATTCCTGGGACTTTTGTTGTTGTGGATTTC

CGGCGTGCGATGTGCCCCACCACG（SEQIDNO:13）

信号肽4：TCGGAGCTAGCCACCATGGATGTACCACTTCAGCTTCTTGGCTTGTTGTTGCTTTGGCTTTC

TGGCGTGAGATGTGCCCCACCACG（SEQIDNO:14）

信号肽5：TCGGAGCTAGCCACCATGGATGTGCCTGCTGAACTTTTGGGCCTTCTTTTGTTGTGGATATC

AGGAGTACGATGCGCCCCACCACG（SEQIDNO:15）

实施例2人EF-1α启动子的扩增

以质粒pEF6/V5-HisA（购自Invitrogen公司）为模版，人EF-1α启动子序列为参考，设计引物F01/R01,进行聚合酶链式反应，扩增出人EF-1α启动子序列，反应条件如表1。F01:CATACTAGTGCTCCGGTGCCCGTCAGTGGGCAGAG（SEQIDNO:16）

R01:ACGGCTAGCTCCGAGCTCGGTACCAAGCTTACCTAGCCA（SEQIDNO:17）

表1PCR反应条件

所得PCR产物与经过SmaI处理的pUC57（购自Fermentas公司）连接，并进行测序鉴定,结果表明序列如下所示：

ACTAGTGCTCCGGTGCCCGTCAGTGGGCAGAGCGCACATCGCCCACAGTCCCCGAGAAGTTGGGGGGAGGGGTCGGCAATTGAACCGGTGCCTAGAGAAGGTGGCGCGGGGTAAACTGGGAAAGTGATGTCGTGTACTGGCTCCGCCTTTTTCCCGAGGGTGGGGGAGAACCGTATATAAGTGCAGTAGTCGCCGTGAACGTTCTTTTTCGCAACGGGTTTGCCGCCAGAACACAGGTAAGTGCCGTGTGTGGTTCCCGCGGGCCTGGCCTCTTTACGGGTTATGGCCCTTGCGTGCCTTGAATTACTTCCACCTGGCTGCAGTACGTGATTCTTGATCCCGAGCTTCGGGTTGGAAGTGGGTGGGAGAGTTCGAGGCCTTGCGCTTAAGGAGCCCCTTCGCCTCGTGCTTGAGTTGAGGCCTGGCCTGGGCGCTGGGGCCGCCGCGTGCGAATCTGGTGGCACCTTCGCGCCTGTCTCGCTGCTTTCGATAAGTCTCTAGCCATTTAAAATTTTTGATGACCTGCTGCGACGCTTTTTTTCTGGCAAGATAGTCTTGTAAATGCGGGCCAAGATCTGCACACTGGTATTTCGGTTTTTGGGGCCGCGGGCGGCGACGGGGCCCGTGCGTCCCAGCGCACATGTTCGGCGAGGCGGGGCCTGCGAGCGCGGCCACCGAGAATCGGACGGGGGTAGTCTCAAGCTGGCCGGCCTGCTCTGGTGCCTGGCCTCGCGCCGCCGTGTATCGCCCCGCCCTGGGCGGCAAGGCTGGCCCGGTCGGCACCAGTTGCGTGAGCGGAAAGATGGCCGCTTCCCGGCCCTGCTGCAGGGAGCTCAAAATGGAGGACGCGGCGCTCGGGAGAGCGGGCGGGTGAGTCACCCACACAAAGGAAAAGGGCCTTTCCGTCCTCAGCCGTCGCTTCATGTGACTCCACGGAGTACCGGGCGCCGTCCAGGCACCTCGATTAGTTCTCGAGCTTTTGGAGTACGTCGTCTTTAGGTTGGGGGGAGGGGTTTTATGCGATGGAGTTTCCCCACACTGAGTGGGTGGAGACTGAAGTTAGGCCAGCTTGGCACTTGATGTAATTCTCCTTGGAATTTGCCCTTTTTGAGTTTGGATCTTGGTTCATTCTCAAGCCTCAGACAGTGGTTCAAAGTTTTTTTCTTCCATTTCAGGTGTCGTGAGGAATTAGCTTGGTACTAATACGACTCACTATAGGGAGACCCAAGCTGGCTAGGTAAGCTTGGTACCGAGCTCGGAGCTAGC（SEQIDNO:18）

实施例3人EF1-HTLV启动子的扩增

以质粒pFUSE-CHIg-hG3（购自InvivoGen公司）为模版，人EF1-HTLV启动子序列为参考，设计引物F02/R02,进行聚合酶链式反应，扩增出人EF1-HTLV启动子序列，反应条件如表1。

F02:ACGACTAGTGCTCCGGTGCCCGTCAGTGGGCAGAGC（SEQIDNO:19）

R02:ATCGCTAGCGTAGGCGCCGGTCACAGCT（SEQIDNO:20）

所得PCR产物与经过SmaI处理的pUC57（购自Fermentas公司）连接，并进行测序鉴定,结果表明序列如下所示：

ACTAGTGCTCCGGTGCCCGTCAGTGGGCAGAGCGCACATCGCCCACAGTCCCCGAGAAGTTGGGGGGAGGGGTCGGCAATTGAACGGGTGCCTAGAGAAGGTGGCGCGGGGTAAACTGGGAAAGTGATGTCGTGTACTGGCTCCGCCTTTTTCCCGAGGGTGGGGGAGAACCGTATATAAGTGCAGTAGTCGCCGTGAACGTTCTTTTTCGCAACGGGTTTGCCGCCAGAACACAGCTGAAGCTTCGAGGGGCTCGCATCTCTCCTTCACGCGCCCGCCGCCCTACCTGAGGCCGCCATCCACGCCGGTTGAGTCGCGTTCTGCCGCCTCCCGCCTGTGGTGCCTCCTGAACTGCGTCCGCCGTCTAGGTAAGTTTAAAGCTCAGGTCGAGACCGGGCCTTTGTCCGGCGCTCCCTTGGAGCCTACCTAGACTCAGCCGGCTCTCCACGCTTTGCCTGACCCTGCTTGCTCAACTCTACGTCTTTGTTTCGTTTTCTGTTCTGCGCCGTTACAGATCCAAGCTGTGACCGGCGCCTACGCTAGC（SEQIDNO:21）

实施例4重组pEF表达载体的构建

将实施例2中的产物与pIRESneo3质粒进行SpeI/NheI双酶切连接，获得质粒pEF。

将经过密码子优化的人促红细胞生成素基因（GeneBank登录号：AB463610，含自身信号肽且5′端添加了Kozak序列）分别经NheI/BamHI双酶切处理后，连接至NheI/BamHI双酶切后的质粒pEF，所获得的重组质粒命名为pEF-EPO。

将信号肽1，信号肽2，信号肽3，信号肽4，信号肽5分别与促红细胞生成素（无信号肽）进行PCR拼接，拼接产物与质粒pEF分别进行SpeI/NheI双酶切连接。所获得的重组质粒分别命名为pEF-EPO1,pEF-EPO2,pEF-EPO3,pEF-EPO4,pEF-EPO5。

实施例5重组pEF表达载体瞬时转染表达研究

采用脂质体法（lipofectamineLTX，invitrogen）将质粒pEF-EPO，pEF-EPO1,pEF-EPO2,pEF-EPO3,pEF-EPO4,pEF-EPO5分别转染CHO-S细胞，检测其促红细胞生成素的瞬时表达水平。

按照lipofectamineLTX操作说明书，将3μgpEF-EPO，pEF-EPO1,pEF-EPO2,pEF-EPO3,pEF-EPO4,pEF-EPO5质粒分别转染培养于6孔板（2.5ml/well,10%胎牛血清）的CHO-S细胞（约1.1×10⁶个细胞）。转染细胞在5%CO₂，37℃的二氧化碳培养箱中培养24小时后，收集培养液上清，表达产物经鉴定具有促红细胞生成素活性，利用ELISA法测定其促红细胞生成素表达量。pEF-EPO，pEF-EPO1,pEF-EPO2,pEF-EPO3,pEF-EPO4,pEF-EPO5的表达量分别是3ng/ml,73ng/ml,100ng/ml,62ng/ml,85ng/ml,110ng/ml。结果显示，本发明信号肽相对于促红细胞生成素自身信号肽，在相同条件下，EPO表达量提高了20～36倍。

实施例6重组pEV表达载体的构建

将实施例3中的产物与pIRESneo3质粒进行SpeI/NheI双酶切连接，获得质粒pEF1-HTLV。

将经过密码子优化的人促红细胞生成素基因（GeneBank登录号：AB463610,含自身信号肽且5′端添加了Kozak序列）分别经NheI/BamHI双酶切处理后，连接至NheI/BamHI双酶切后的质粒pEV，所获得的重组质粒命名为pEV-EPO。

将信号肽1，信号肽2，信号肽3，信号肽4，信号肽5分别与促红细胞生成素（无信号肽）进行PCR拼接，拼接产物与质粒pEV分别进行SpeI/NheI双酶切连接。所获得的重组质粒分别命名为pEV-EPO1,pEV-EPO2,pEV-EPO3,pEV-EPO4,pEV-EPO5。

实施例7重组pEV表达载体瞬时转染表达研究

采用脂质体法（lipofectamineLTX，invitrogen）将质粒pEV-EPO，pEV-EPO1,pEV-EPO2,pEV-EPO3,pEV-EPO4,pEV-EPO5分别转染CHO-S细胞，检测其促红细胞生成素的瞬时表达水平。

按照lipofectamineLTX操作说明书，将3μgpEV-EPO，pEV-EPO1,pEV-EPO2,pEV-EPO3,pEV-EPO4,pEV-EPO5质粒分别转染培养于6孔板（2.5ml/well,10%胎牛血清）的CHO-S细胞（约1.1×10⁶个细胞）。转染细胞在5%CO₂，37℃的二氧化碳培养箱中培养24小时后，收集培养液上清，表达产物经鉴定具有促红细胞生成素活性，利用ELISA法测定其促红细胞生成素表达量。pEV-EPO，pEV-EPO1,pEV-EPO2,pEV-EPO3,pEV-EPO4,pEV-EPO5的表达量分别是20ng/ml,53ng/ml,58ng/ml,48ng/ml,40ng/ml,60ng/ml。结果显示，本发明信号肽相对于促红细胞生成素自身信号肽，在相同条件下，将EPO表达量提高了2～3倍。

Claims (11)

1.一种人工合成的用于引导哺乳动物来源蛋白质在哺乳动物细胞中分泌表达的信号肽，所述信号肽的氨基酸序列为SEQIDNO:5，所述哺乳动物来源蛋白质为人促红细胞生成素。

2.如权利要求1所述信号肽用于在体外培养的哺乳动物宿主细胞中引导哺乳动物来源蛋白的分泌表达的用途，所述哺乳动物来源蛋白为人促红细胞生成素。

3.一种多核苷酸，所述多核苷酸编码权利要求1所述信号肽。

4.如权利要求3所述多核苷酸，其特征在于，所述多核甘酸的序列为SEQIDNO:10。

5.一种哺乳动物细胞表达载体，所述表达载体含有权利要求3或4所述多核苷酸及编码哺乳动物来源的蛋白质的多核苷酸，所述哺乳动物来源的蛋白质选自人促红细胞生成素。

6.如权利要求5所述哺乳动物细胞表达载体，其特征在于，权利要求3或4所述多核苷酸紧接在所述编码哺乳动物来源的蛋白质的多核苷酸前端。

7.如权利要求5所述哺乳动物细胞表达载体，其特征在于，进一步的，所述表达载体中，权利要求3或4所述多核苷酸的前端添加有Kozak序列。

8.如权利要求5所述哺乳动物细胞表达载体，其特征在于，所述表达载体的启动子选自EF-1α启动子、CMV启动子、SV40晚期启动子或SV40早期启动子。

9.一种哺乳动物宿主细胞，所述宿主细胞为权利要求5-8任一所述表达载体所转染。

10.如权利要求9所述哺乳动物宿主细胞，其特征在于，所述哺乳动物宿主细胞为CHO、BHK、SP2/0或C127。

11.一种哺乳动物来源的蛋白质的生产方法，为在适合表达哺乳动物来源的蛋白质的条件下，培养权利要求9或10所述哺乳动物宿主细胞，而后从培养物中分离出所述哺乳动物来源的蛋白质。