Ferritin is an iron storage protein found in most living organisms. For expression and industrial use, human light chain ferritin (L-ferritin) was cloned from human liver cDNA library and expressed in Pichia pastoris strain GS115. The recombinant L-ferritin in Pichia pastoris was glycosylated. In a fed-batch culture, the cell mass reached about 57 g/l of dry cell weight, and the L-ferritin in the cell was increased to about 95 mg/l after 150 h. In an atomic absorption spectrometry analysis, the intracellular content of iron in the L-ferritin transformant was measured as $1,694{\pm}85\;\mu\textrm{g}g/g$, which is 5.4-fold more than that of the control strain. This L-ferritin transformant could serve as iron-fortified nutrients in animal feed stock.
In the synthesis of nanoparticles, much attention has been paid to regulating the particle size. There has been a possible evident that using the central cavity (core) of the protein ferritin has a greatly significant influence on it because the core can generate the nanometer-sized mineral particles of variable metal ions. In this report, recombinant human L-ferritins produced from Saccharomyces cerevisiae were purified and their molecular properties were characterized. The cDNA for human ferritin L chain was also expressed in another host such as Escherichia coli, and the properties of recombinant L-ferritins were compared. From isoelectric focusing experiment, the L-ferritin from the recombinant yeast showed no indication of N-glycosylation. Some post-translational modifications other than N-glycosylation were speculated in the L-ferritins from yeast. A difference was made in the L-ferritins in their iron uptake rates and the initial rate of the L-ferritin from yeast was slightly increased. The reconstitution yield and size distribution of the core minerals were analyzed in the L-ferritins by transmission electron microscopy. The L-ferritin from yeast with higher reconstitution yield (54.5%) showed slightly larger sizes (mean 6.92 nm) with narrower size distribution than the L-ferritin from E. coli. It is, in conclusion, speculated that L-ferritin from yeast is relatively superior to the other, in view of the size of nanoparticle and its relative homogeneity.
Human heavy chain (H-) and light chain (L-) ferritins were amplified from a human cDNA library. Each ferritin gene was inserted downstream of the T7 promoter of bacterial expression vectors, and two types of coexpression vectors were constructed. The expression levels of recombinant ferritins ranged about 26-36% of whole-cell protein. H-ferritin exhibited a lower expression ratio compared with L-ferritin, by a coexpression system. However, the coexpression of HL-ferritins was significantly increased above the expression ratio of H-ferritin by cultivation without IPTG induction overnight. Purified recombinant H-, L-, HL-, and LH-ferritins were shown to be homo- and heteropolymeric high molecular complexes and it was indicated that their assembled subunits would be able to work functionally in the cell. Thus, these results indicate an improvement in the expression strategy of H-ferritin for heteropolymeric production and studies of ferritin assembly in Escherichia coli.
Human ferritin H- and L-chain genes(hfH and hfL) were cloned into the yeast shuttle vector YEp352 with various promoters, and the vectors constructed were used to transform Saccharomyces cerevisiae 2805. Three different promoters fused to hfH and hfL were used: galactokinase 1 (GAL1) promoter, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase(GPD) promoter and alcohol dehydrogenase 1(ADH1 ) promoter. SDS-polyacrylamide gel electrophoresis and Western blotting analyses displayed expression of the introduced hfH and hfL. In the production of both ferritin H and L subunits GAL1 promoter was more effective than GPD promoter or ADH1 promoter. Ferritin H and L subunits produced in S. cerevisiae were spontaneously assembled into its holoproteins as proven on native polyacrylamide gels. Both recombinant H and L-chain ferritins were catalytically active in forming iron core. When the cells were cultured in the medium containing 10 mM ferric citrate, the cell-associated concentration of iron was 174.9 $\mu\textrm{g}$ Per gram(dry cell weight) for the recombinant yeast YG-L and 148.8 $\mu\textrm{g}$ Per gram(dry cell weight) for the recombinant yeast YG-L but was 49.4 $\mu\textrm{g}$ Per gram(dry cell weight) in the wild type, indicating that the iron contents of yeast is improved by heterologous expression of human ferritin H-chain or L-chain genes.
To produce human ferritins in yeast, human H-chain and L-chain ferritins were amplified from previously cloned vectors. Each amplified ferritin gene was inserted into the pYES2.1/V5-His-TOPO yeast expression vector under the control of the GAL1promoter. Western blot analysis of the recombinant yeast cells revealed that H-and L-chain subunits of human ferritin were expressed in Saccharomyces cerevisiae. Atomic absorption spectrometry (AAS) analysis demonstrated that the intracellular content of iron in the ferritin transformant was 1.6 to 1.8-fold higher than that of the control strain. Ferritin transformants could potentially supply iron-fortified nutrients for food and feed.
We constructed a comparative expression system in order to produce recombinant human ferritin homo- and heteropolymers in Escherichia coli. Human ferritin H-(hfH) and L-chain (hfL) genes were expressed without amino acid changes under the control of a tac promoter. Ferritin heteropolymers of varying subunit composition were also produced by combining two different expression systems, a bicistronic expression system and a coplasmid expression system. As a result, recombinant H-chain ferritin and ferritin heteropolymers were catalytically active in forming iron core in vivo. In particular, the ferritin heteropolymer that is composed of 7% H-subunit and 93% L-subunit was capable of forming an iron core of the protein, while the L-chain ferritin homopolymer was inactive in vivo. This result indicates that the two H-subunits (i.e., 7% H-subunit content) are important to keep ferritin active in the cells. In addition, human ferritins were identified as the major iron binding proteins in the transformed cells. Also, the amount of iron bound to the recombinant ferritins was proportional to the H-subunit content in ferritin heteropolymers in vivo.
Human ferritin H- and L-chain genes (hfH and hfL) were cloned into the yeast shuttle vector YEp352 containing the GAL1 (galactokinase) and GAL10 (epimerase) divergent promoters and the vectors constructed were used to transform Saccharomyces cerevisiae 2805. SDS-PAGE displayed expression of the introduced hfH and hfL in both recombinant strains of Y1H10L and Y1L10H. The ferritin subunits, that represented ca. $22\%$ and $15\%$ of the soluble proteins in Y1H10L and Y1L10H, were spontaneously assembled into active ferritin heteropolymers. The H subunit content of the purified recombinant human ferritin heteropolymers was proven to reflect the relative expression yield of the subunits. When the cells of 2d culture were incubated with 14.3 mM Fe(2), the cellular iron concentration of Y1H10L and Y1L10H was 1.7 and 2.0 times, respectively, that of the control strain. It is assumed that increase in the iron uptake of the recombinant yeasts is closely related to ferritin expression and H subunit content.
Ferritin is an iron storage protein found in most living organisms as a natural assembled macromolecule. For studying the functional ability of the ferritin assembly, human H- and L-ferritins were expressed and purified from Pichia pastoris strain GS115. The recombinant H- and L-ferritins showed a globular form with transmission electron microscopy. The rate of iron uptake for H-ferritin was significantly faster than that for the L-ferritin in vitro. By gel permeation chromatography analysis, recombinant ferritins were confirmed as multimeric subunits with high molecular weight and it was indicated that assembled subunits were able to store iron in vivo.
This study was performed to determine the changes of maternal iron status during pregnancy cross sectionally, and to evaluate the appropriateness of the cut-off points of hemoglobin (Hb). hematocrit (Hct), serum transferrin receptor (sTfR) and sTfR : ferritin ratio for assessing iron deficiency status based on serum ferritin level (< 12${\mu}g$/L). Serum Hb concentrations in the first trimester were significantly higher (p < 0.05) than those in the second and third trimester. Serum levels of iron and ferritin in the third trimester were significantly lower (p < 0.05) than those in the first and second trimester. On the other hand, sTfR:ferritin ratios in the third trimester were significantly higher (p < 0.05) than those in the first and second trimester. sTfR concentrations did not change significantly during pregnancy. The appropriate cut-off points of Hb were 11.5g/dL for whole period of pregnancy. 12.0g/dL for 1st trimester. and 11.5g/dL for both 2nd and 3rd trimester. The good cut-off points of Hct were 34% for whole period of pregnancy. 36% for 1st trimester. and 34% for both 2nd and 3rd trimester The suitable cut-off points of TIBC were 400${\mu}g$/dL for whole period of pregnancy. 360${\mu}g$/dL for 1st trimester, and 400${\mu}g$/dL for both 2nd and 3rd trimester. Any cut-off point of sTfR could not be selected because of its low sensitivity and specificity. The proper cut-off point of sTfR : ferritin ratio was 600 or 650 for all the periods determined except the first trimester. In conclusion, there were no reliable cut-off levels of sTfR and those of sTfR : ferritin ratio showed low specificity. The cut-off values of Hb and Hct for assessing iron deficiency were slightly higher than the values used to evaluate anemia. Thus, if appropriate cut-off levels were applied, Hb. Hct, or TIBC might be useful indices for evaluating iron deficiency as well as anemia.
Optimal regeneration conditions of ginseng transformants were studied. It has been known that Ferritin Light Heavy Chain (FLHC) gene remove the several heavy metal by combination, store and transport. To obtain the ginseng tolerant to heavy metal, binary vector was introduced in Agrobacterium by tri-parental mating and then Agrobacterium tumefaciens MP90/FLHC was selected on the AB media and MS media containing kanamycin. Explants were co-cultured with Agrobacterium tumefaciens MP90/FLHC, which contained NPT II as a selectable marker, tadpole ferritin heavy chain (FLHC) gene and human ferritin light chain gene and then a number of embryos were induced. The induced embryo transferred to shooting media consisting of MS medium supplemented with GA 10 mg/L. As a result of examination that induced the normal growth of transfomants, transformants showed the equivalent growth in both root and shoot on the media containing the 1/3 MS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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