Kwon, Mi-Jung;So-Lim Park;Sung-Koo Kim;Soo-Wan Nam
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.12
no.6
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pp.1002-1005
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2002
The effects of GroEL/ES chaperone on the production of soluble form of B. macerans cyclodextrin glucanotransferase (CGTase) in recombinant E. coli were investigated. The cgt gene and groEL/ES genes are under the control of T7 promoter and Pzt-1 promoter, respectively. The optimal concentrations of inducers, IPTG and tetracycline, were found to be 1.0 mM and 10 ng/ml, respectively. When tetracycline and IPTG were added at the early exponential phase (2h) and exponential phase (3h) of growth, respectively, about 1.5-fold increase of soluble CGTase activity and 1.6-fold increase of soluble CGTase protein were obtained. An SDS-PAGE analysis revealed that about $37.2\%$ of total CGTase protein was in the soluble fraction when GroEL/ES chaperone was overexpressed.
Molecular chaperones prevent the misfolding of newly synthesized polypeptides in the cell. The coexpression of molecular chaperones could be expected to improve the production of soluble and active recombinant proteins. In this study, the effect of coexpression of E. coli GroEL/ES chaperone on the active production of Bacillus macerans cyclodextrin glucanotransferase (CGTase) in E. coli was investigated. Two plasmids, pTCGT1 and pGro7 in which the cgt and the groEL/ES genes are under the control of 77 promoter and araB promoter, respectively, were co-transformed into E. coli. With a series of cultures of recombinant E. coli cells, the optimal concentrations of IPTG and L-arabinose were found be 1 mM and 0.3 mg/$m\ell$, respectively. When IPTG and L-arabinose were added at 0.8~1.0 $OD_{600}$ and 0.4~0.5 $OD_{600}$, active CGTase production was increased significantly. This coexpression condition resulted in 1.5-fold increased level of soluble CGTase (0.7~0.73 unit/$m\ell$), compared to the level of CGTase in the single expression (0.36~0.56 unit/$m\ell$). An SDS-PACE analysis revealed that about 33.6% of CGTase in the total CGTase protein was found in the soluble fraction by coexpression of GroEL/ES chaperone.
The goal of this study is to investigate effects of temperature and co-chaperonin requirement for in vitro protein refolding assisted by E. coli chaperone GroEL under permissive and nonpermissive temperature conditions. In vitro protein refolding of two denatured proteins was kinetically investigated under several conditions in the presence of GroEL. Effects of temperature and GroES-requirement on the process of prevention of protein aggregation and refolding of denatured protein were extensively monitored. We have found that E. coli GroEL chaperone system along with ATP is required for invitro refolding of unfolded polypeptide under nonpermissive temperature of $37^{\circ}C$. However, under permissive condition spontaneous refolding can occur due to lower temperature, which can competes with chaperone-mediated protein refolding via GroEL chaperone system. Thus, GroEL seemed to divert spontaneous refolding pathway of unfolded polypeptide toward chaperone-assisted refolding pathway, which is more efficient protein refolding pathway.
Park, So-Lim;Kwon, Mi-Jung;Kim, Sung-Koo;Nam, Soo-Wan
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.14
no.1
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pp.216-219
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2004
The effect of culture temperature on the production of soluble form of B. macerans cyclodextrin glucanotransferase (CGTase) in recombinant E. coli was investigated. E. coli cell was cotransformed with two plasmids (pTCGT1 and pGroll) in which the cgt and groEL/ES genes are under the control of T7 promoter and pzt-1 promoter, respectively. When tetracycline (10 ng/ml) and IPTG (l mM) were added as inducers at the early-exponential phase (2 h) and mid-exponential phase (3h), respectively, the solubilization of the inclusion body CGTase was greatly dependent on the temperature of the culture. At low culture temperature of $25^\circ{C}$, 2- or 3-fold higher activity and specific activity were obtained over $37^\circ{C}$. SDS-PAGE analysis revealed that about 62% of CGTase in the total CGTase protein was found in the soluble fraction by applying overexpression of GroEL/ES chaperone and by cultivation of E. coli at $25^\circ{C}$, whereas 33% of CGTase was detected in the soluble fraction at $37^\circ{C}$. Therefore, the expression of GroEL/ES and cultivation at $25^\circ{C}$ greatly enhanced the soluble production of CGTase in E. coli.
Recently, Candida antarctica lipase B (CalB) draws attention from industries for various applications for food, detergent, fine chemical, and biodiesel, because of its characteristics as an efficient biocatalyst. Since many industrial processes carry out in organic solvent and at high temperature, CalB, which is stable under harsh condition, is in demand from many industries. In order to reform CalB promptly, the expression system which has advantages of ease to use and low cost for gene libraries screening was developed using E. coli. The E. coli strains, Rosettagami with competence for enhanced disulfide bond formation, Novablue, and $DH5{\alpha}$, were exploited in this study. To obtain the soluble CalB, the pCold I vector expressing the cloned gene at $15^{\circ}C$ and the chaperone plasmids containing groES/groEL, groES/groEL/tig, tig, dnaK/dnaJ/grpE, and dnaK/dnaJ/grpE/groES/groEL were used for coexpression of CalB and chaperones. The colonies expressing functional lipase were selected by employing the halo plate containing 1% tributyrin, and the CalB expression was confirmed by SDS-PAGE. E. coli Rosettagami and $DH5{\alpha}$ harbouring groES/groEL chaperones were able to express soluble CalB effectively. From a facilitative point of view, E. coli $DH5{\alpha}$ is more suitable for further mutation study.
The synergistic effect of lowered incubation temperature and CroEL/ES expression on the production of soluble form of B. macerans cyclodextrin glucanotransferase (CGTase) was studied in recombinant E. coli. pTCGTl and pGroll carrying the cgt and groEL/ES genes under the control of T7 promoter and pzt-I promoter, respectively, were co-introduced. Tetracycline (10 ng/ml) and IPTG (1 mM) were added at the early-exponential phase (2 hr) and mid-exponential phase (3 hr). Low temperature cultivation at $25^{\circ}C$ with groEL/ES expression improved the activity of CGTase by two fold, compared to $37^{\circ}C$ cultivation without chaperones. SDS-PACE analysis revealed that about 69% of CGTase in the total CGTase protein was found in the soluble fraction by overexpression of GroEL/ES and cultivation at$25^{\circ}C$, whereas 20% of CGTase was detected in the soluble fraction when E. coli was cultivated at $37^{\circ}C$ without chaperone. The amount of soluble CGTase from $25^{\circ}C$ culture with chaperone was 3.5-fold higher than that of $37^{\circ}C$ culture without chaperone. Therefore the expression of CroEL/ES and low temperature cultivation greatly enhanced the soluble production of CGTase in E. coli.
PARK SO-LIM;SHIN EUN-JUNG;HONG SEUNG-PYO;JEON SUNG-JONG;NAM SOO-WAN
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.15
no.6
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pp.1267-1272
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2005
The effects of coexpression of GroEL/ES and DnaK/DnaJ/GrpE chaperones on the productivity of the soluble form of human granulocyte colony stimulating factor (hG-CSF) in E. coli were examined. Recombinant hG-CSF protein was coexpressed with DnaK/DnaJ/GrpE or GroEL/ES chaperones under the control of the araB or Pzt-1 promoter, respectively. The optimal concentration of L-arabinose for the expression of DnaK/DnaJ/GrpE was found to be 1 mg/ml. When L-arabinose was added at $OD_{600}$=0.2 (early-exponential phase), soluble hG-CSF production was greatly increased. In addition, it was observed that the DnaK/DnaJ/GrpE and GroEL/ES chaperones had no synergistic effects on preventing aggregation of hG-CSF protein. Consequently, by coexpression of the DnaK/DnaJ/GrpE chaperone, the signal intensity of the hG-CSF protein band in the soluble fraction of cell lysate was increased from $3.5\%\;to\;13.9\%$, and Western blot analysis also revealed about a 4-5-fold increase of production of soluble hG-CSF over the non-induction case of DnaK/DnaJ/GrpE.
Proceedings of the Korean Society for Applied Microbiology Conference
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2001.06a
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pp.62-72
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2001
The N-carbamoyl-D-amino acid amidohydrolase (D-carbamoylase) gene (dcb) from Agrobacterium tumefaciens AM 10 has been successfully cloned and expressed in Escherichia coli. Expression of D-carbamoylase gene under the 17 promoter in different host strains showed that the optimal expression was achieved in E. coli JM109 (DE3) with a 9-fold increase in enzyme production compared to the wild-type strain. The co-expression of the GroEL/ES protein with D-carbamoylase protein caused an in vivo solubilization of D-carbamoylase in an active form. The synergistic effect of GroEL/ES at 28$^{\circ}C$ led to 60 % solubilization of the total expressed target protein with a 6.2-fold increase in enzyme activity in comparison to that expressed without GroEL/ES and 43-fold increase in enzyme activity compared to A. tumefaciens AM 10. Attempts to express D-carbamoylase in an altered redox cytoplasmic milieu did not improve the enzyme production in an active form. The Histidyl-tagged D-carbamoylase was purified in a single step by Nickel-affinity chromatography and was found to have a specific activity of 9.5 U/mg protein.
Yi, Jong-Jae;Yoo, Jung Ki;Kim, Jin Kyeoung;Son, Woo Sung
Journal of the Korean Magnetic Resonance Society
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v.17
no.1
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pp.30-39
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2013
Immortalization-upregulated protein-1 (IMUP-1) genes have been cloned and are known to be involved in SV40-mediated immortalization. IMUP-1 gene is highly expressed in various cancer cell lines and tumors, suggesting the possibility that they might be involved in tumorigenicity. Previously, there were several problems for overexpression of IMUP-1 in bacterial expression systems including low solubility and aggregation due to unstructured property. To investigate the structural properties, it is necessary to obtain lots of pure and soluble proteins. Accordingly, the co-expression systems of bacterial chaperone proteins, GroEL-GroES, were used to increase solubility of IMUP-1. From the analysis of NMR and CD experiment data, it is suggested that the protein adopt typical the random coil properties in solution.
When alginate lyase gene (aly) from Pseudoalteromonas elyakovii was expressed in E. coli, most of the gene product was produced as aggregated insoluble particles known as inclusion bodies. In order to produce a soluble and active form of alginate lyase, E. coli cells fore cotransformed with the plasmids designed to permit coexpression of aly together with molecular chaperones such as DnaK/DnaJ/GrpE or GroEL/ES chaperones. The results revealed that the coexpression of aly together with DnaK/DnaJ/GrpE chaperone had a marked effect on the production of this protein as a soluble and active form, presumably through facilitating correct folding of alginate lyase protein. The optimal concentration of L-arabinose for the induction of DnaK/DnaJ/GrpE chaperone was found to be 0.05 mg/ml. When DnaK/DnaJ/GrpE chaperone was coexpressed, about 34% in the total alginate lyase was produced in the soluble fraction. By addition of 10% cetylpyridinium chloride, a clear zone around the colony coexpressing aly and DnaK/DnaJ/GrpE chaperone was formed, indicating that the alginate in the medium was hydrolyzed by active alginate lyase enzyme.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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