Kim, Jung-Hwan;Park, Jung-Hyun;Ju, Sung-Kyu;Lee, Myung-Kyu;Kim, Kil Lyong
IMMUNE NETWORK
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v.1
no.3
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pp.187-195
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2001
The expression of recombinant proteins fused to 26 kDa glutathione S-transferase (GST) extracted from Schistosoma japonicum represents an attractive system for purifiying proteins of interest in a single step using GST-affinity chromatography. In addition, the GST-tag is used conveniently for detecting fused proteins since its high solubility as well as its relatively small size rarely interferes with the biological activity of the fused protein. In this regard, the GST system is frequently applied for tracing fusion proteins in both prokaryotic and eukaryotic cells to elucidate the physiological interactions and functional compartments of proteins. To provide a further tool in analyzing GST-fusion proteins, a new monoclonal antibody, with a high specificity to the S. japonicum GST was produced. Methods: BALB/c mice were immunized both with recombinant S. japonicum GST proteins, and by the fusion of splenocytes from these mice with myeloma cells. From this, a new anti -GST monoclonal antibody, termed SARAH, was generated. The specificity and reactivity of this antibody was confirmed by ELISA and by Western blot analysis. Results: SARAH showed a high reactivity to recombinant GST and GST fusion protein but not with native mammalian GST proteins as derived from other species including humans, cows, rabbits and rats. The applicability of SARAH was further demonstrated by confocal laser scanning microscopy, where GST proteins that were expressed transiently in mouse fibroblast cells, were specifically detected without interference of endogenous GST. Conclusion: SARAH is new monoclonal antibody with a high specificity to recombinant GST proteins but not to endogenous GST in mammalian cells.
Park, Dae-Wook;Kim, Sang-Soo;Nam, Min-Kyung;Kim, Goo-Young;Kim, Jung-Ho;Rhim, Hyang-Shuk
BMB Reports
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v.44
no.4
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pp.279-284
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2011
The glutathione S-transferase (GST) system is useful for increasing protein solubility and purifying soluble GST fusion proteins. However, purifying half of the GST fusion proteins is still difficult, because they are virtually insoluble under non-denaturing conditions. To optimize a simple and rapid purification condition for GST-pyruvate kinase muscle 2 (GST-PKM2) protein, we used 1% sarkosyl for lysis and a 1 : 200 ratio of sarkosyl to Triton X-100 (S-T) for purification. We purified the GST-PKM2 protein with a high yield, approximately 5 mg/L culture, which was 33 times higher than that prepared using a conventional method. Notably, the GST-high-temperature requirement A2 (GST-HtrA2) protein, used as a model protein for functional activity, fully maintained its proteolytic activity, even when purified under our S-T condition. This method may be useful to apply to other biologically important proteins that become highly insoluble in the prokaryotic expression system.
The truncated $E1_{192-283}$ and $E2_{384-649}$ genes of hepatitis C virus (HCV) linked to the gene for glutathione S-transferase (GST) were constructed and their expressions were analyzed. The $GST-E1_{192-283}$ fusion gene overexpressed the fusion protein in E. coli as a soluble form, while the $GST-E1_{192-383}$ plasmid did not express expected fusion protein. The purified $GST-E1_{192-283}$ fusion protein was efficiently cleaved by thrombin. More than 90% pure, HCV $E1_{192-283}$ protein was obtained by GST-agarose chromatography. The truncated $GST-E2_{384-649}$ fusion gene expressed the fusion protein mainly as an insoluble form, whereas the $GST-E2_{384-740}$ did not express the fusion protein. The truncated $GST-E1_{182-283}$ and $GST-E2_{384-649}$ fusion proteins reacted specifically with an HCV patient serum. In addition, mice immunized with either the purified $E1_{192-283}$ or $GST-E2_{384-649}$ proteins generated specific antibodies to each antigen. The results suggested that hydrophobic carboxyl portions of the E1 and E2 proteins might affect expression levels as well as the solubility of each fusion protein in bacteria. Also, the truncated E1 protein with Tyr-192 to Ser-283 contained antigenic epitope(s) which could be specifically recognized by an HCV patient serum.
Proceedings of the Korean Society of Applied Pharmacology
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1997.04a
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pp.93-93
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1997
Analysis of protein is often frustrated by the inability to isolate large amounts of purified protein from a native source. To overcome this problem, fusion protein expression systems such as pGEX system have been widely used. Using pGEX system, the desired protein could be easily obtained in a large amount in E. coli, and then the fusion protein could be used for the study of the function of the given protein. To analyze and purify the GST fusion protein, anti-GST antibody could be used as one of the system of choice. However, the production and characterization of monoclonal anti-GST antibody has not been studied extensively yet. To produce monoclonal anti-GST antibody, GST was purified from E. coli transformed with pGEX-cs, one of the pGEX system and was used as an antigen. The monoclonal antibody was produced by fusion of the immunized spleen cells with SP2-0 myeloma cells. The antibody was characterized by ELISA, western blotting, etc. The monoclonal antibody produced in this study (mAb-GSTA) showed strong and specific immunoreactivity against not only GST but also GST-fusion proteins. Also, mAb-GSTA was successfully used for the immunoaffinity purification of the GST ${\beta}$-Rc.-third intracellular-loop fusion protein. The results of the present study suggest that mAb-GSTA may be used for the identification and purification of GST fusion proteins.
Recombinant antigenic proteins of Toxoplasma gondii are alternative source of antigens which are easily obtainable for serodiagnosis of toxoplasmosis. In this study, highly antigenic secretory organellar proteins, dense granular GRA2 and GRA3, rhoptrial ROP2, and micronemal MIC2, were analyzed by bioinformatics approach to express as water-soluble forms of antigenic domains. The transmembrane region and disorder tendency of 4 secretory proteins were predicted to clone the genes into pGEX-4T-1 vector. Recombinant plasmids were transformed into BL21 (DE3) pLysS E. coli, and GST fusion proteins were expressed with IPTG. As a result, GST fusion proteins with $GRA2_{25-105}$, $GRA3_{39-138}$, $ROP2_{324-561}$, and $MIC2_{1-284}$ domains had respectively higher value of IgG avidity. The $rGST-GRA2_{25-105}$ and $rGST-GRA3_{39-138}$ were soluble, while $rGST-ROP2_{324-561}$ and $rGST-MIC2_{1-284}$ were not. $GRA2_{31-71}$, intrinsically unstructured domain (IUD) of GRA2, was used as a linker to enhance the solubility. The $rGST-GRA2_{31-71}-ROP2_{324-561}$, a chimeric protein, appeared to be soluble. Moreover, $rGST-GRA2_{31-71}-MIC2_{1-284}$ was also soluble and had higher IgG avidity comparing to $rGST-MIC2_{1-284}$. These 4 highly expressed and water-soluble recombinant antigenic proteins may be promising candidates to improve the serodiagnosis of toxoplasmosis in addition to the major surface antigen of SAG1.
Several neurodegenerative diseases such as Huntington's disease, dentatorubralpallidoluysian atrophy, spinobulbar muscular atrophy, Machado-Joseph disease, and spinocerebellar ataxias type 1 are associated with the aggregation of expanded glutamine repeats within their proteins. Generally, in clinically affected individuals, the expansion of the polyglutamine sequences is beyond 40 residues. To address the length of polyglutamine that forms aggregation, we have constructed plasmids encoding glutathione S-transferase (GST) Machado-Joseph disease gene fusion proteins containing polyglutamine and investigated the formation of aggregates in E. coli. Surprisingly, even $(Gin)_8$, in the normal range as well as $(Gin)_{65}$ in the pathogenic range enhanced the formation of insoluble protein aggregates, whereas $(Ser)_8$, and $(Aia)_8$, did not form aggregates. Our results indicate that the formation of protein aggregates in GST-polyglutamine proteins is specifically mediated by the polyglutamine repeat sequence within their protein structure. Our study may contribute to the understanding of the molecular mechanism of the formation of protein aggregates in neurodegenerative disorders and the development of preventative strategies.
Hong, Ji-Man;Jeong, Mi-Suk;Kim, Jae-Ho;Kim, Boog-il;Holbrook, Stephen R.;Jang, Se-Bok
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.29
no.2
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pp.381-388
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2008
An X-linked skeletal disorder, SEDT (spondyloepiphyseal dysplasia tarda) is a genetic disease characterized by a disproportionately short trunk and short stature caused by mutations in the SEDL gene. This gene is evolutionarily conserved from yeast to human. The yeast SEDL protein ortholog, Trs20p, has been isolated as a member of a large multi-protein complex called the transport protein particle (TRAPP), which is involved in endoplasmic reticulum (ER)-to-Golgi transport. The interaction between SEDL and partner proteins is important in order to understand the molecular mechanism of SEDL functions. We isolated several SEDL-binding proteins derived from rat cells by an immobilized GST-fusion method. Furthermore, the SEDL-homologue proteins were identified using motif based methods. Common motifs between SEDL-binding proteins and SEDL-homologue proteins were classified into seven types and 78 common motifs were revealed. Sequence similarities were contracted to seven types using phylogenetic trees. In general, types I-III and VI were classified as having the function of acetyl-CoA carboxylase, glycogen phosphorylase, isocitrate dehydrogenase, and enolase, respectively, and type IV was found to be functionally related to the GST protein. Types V and VII were found to contribute to TRAPP vesicle trafficking.
To study the functional roles of dopamine receptors, we decided to raise antibodies against these proteins. To make antigen, we expressed the whole 3rd cytoplasmic loop of dopamine receptors in a fusion protein with glutathione-S-transferase (GST). $For D_2\; and\; D_3$ receptors, it was successful to express and purify fusion proteins for the whole 3rd cytoplasmic loops. However, we could not express the fusion protein for the whole 3rd cytoplasmic loop of $D_4$ dopamine receptor in the bacteria. To study the causes that prevent the bacterial expression of the GST-fusion protein of the 3rd cytoplasmic loop of $D_4$ dopamine receptor, we conducted more detailed studies on $D_4$ dopamine receptor. To locate the region which prevents bacterial expression, we made sequential constructs in the 3rd cytoplasmic loop decreasing the size step by step, and confirmed their expressions in the SDS PAGE. It was found that certain regions of 3rd cytoplasmic loop of $D_4$ dopamine receptor, located in N-terminal side of the 3rd cytoplasmic loop of $D_4$ dopamine receptor suppress the bacterial expression of fusion protein.
Bacteriophage T7 gene 2.5 protein, a single-stranded DNA binding protein, is required for T7 DNA replication, recombination, and repair. T7 gene 2.5 protein has two distinctive domains, DNA binding and C-terminal domain, directly involved in protein-protein interaction. Gene 2.5 protein participates in the DNA replication of Bacteriophage T7, which makes this protein essential for the T7 growth and DNA replication. What gene 2.5 protein makes important at T7 growth and DNA replication is its binding affinity to single-stranded DNA and the protein-protein important at T7 DNA replication proteins which are essential for the T7 DNA synthesis. We have constructed pGST2.5(WT) encoding the wild-type gene 2.5 protein and pGST2.5$\Delta $21C lacking C-terminal 21 amino acid residues. The purified GST-fusion proteins, GST2.5(WT) and GST2.5(WT)$\Delta$21C, were used for whether the carboxyl-terminal domain participates in the protein-protein interactions or not. GST2.5(WT) and GST2.5$\Delta$21C showed the difference in the protein-protein interaction. GST2.5(WT) interacted with T7 DNA polymerase and gene 4 protein, but GST2.5$\Delta$21C did not interact with either protein. Secondly, GST2.5(WT) interacts with gene 4 proteins (helicase/primase) but not GST2.5$\Delta$21C. these results proved the involvement of the carboxyl-terminal domain of gene 2.5 protein in the protein-protein interaction. We clearly conclude that carboxy-terminal domain of gene 2.5 protein is firmly involved in protein-protein interactions in T7 replication proteins.
Antimicrobial peptides (AMPs) are important components of living organisms acting against Gram-negative and Gram-positive bacterial and fungal pathogens. Cathelicidin human peptides have a variety of biological activities that can be used in clinical applications. AMPs are not produced naturally in large quantities, and chemical synthesis is also economically impractical, especially for long peptides. Therefore, as an alternative, heterologous expression of AMPs by recombinant techniques has been studied as a means to reduce production costs. E. coli is an excellent host for the expression of AMPs, as well as other recombinant proteins, because of the low cost involved and its easy manipulation. However, overexpression of AMPs in E. coli has been shown to cause difficulties resulting from the toxicity of the subsequently produced AMPs. Therefore, fusion expression was theorized to be a solution to this problem. In this study, AMPs were expressed as fused proteins with the glutathione S-transferase (GST) binding protein to protect against the toxicity of AMPs when expressed in E. coli. The LL37, and hybrid gaegurin and LL37 (GGN4(1-16)-LL37(17-32), which we designated as GL32, peptides were expressed as GST-fusion proteins in E. coli and the fusion proteins were then purified by affinity columns. The purified peptides were obtained by removal of GST and were confirmed by western blot analysis. The purified antimicrobial peptides then demonstrated antimicrobial activities against Gram-negative and Gram-positive bacterial strains.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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