利用改良的植物病毒载体系统提高异源蛋白在植物细胞中的表达水平

烟草类植物瞬时转化技术是制药行业生产一系列靶标蛋白的经济有效的方法，包括疫苗抗原和治疗剂等。由于生产成本的限制，提高重组蛋白产量成为关键问题之一。为了提高载体的多功能性并增强转染效率，已经报道了很多关于植物瞬时表达技术改进的研究，但研究主要集中在改造载体或改进转化方法上，还没有通过改造宿主增强植物中载体转染性和扩散性的报道。近日，来自美国特拉华大学植物与土壤科学系的Jung Youn Lee团队在Plant Biotechnology Journal杂志上在线发表了名为Facilitating viral vector movement enhances heterologous protein production in an established plant system的研究论文。这篇文章报道了作者开发出的基于病毒载体介导烟草瞬时表达的新方法，可以增加已构建的植物表达系统的靶蛋白积累。作者通过改造宿主植物，使病毒载体可通过胞间连丝在宿主细胞间有效地移动，从而使蛋白积累量增加60%左右。

植物病毒通过胞间连丝在宿主细胞之间传播传染性物质。植物通过一系列诱导反应和募集一些防御蛋白来抵御病毒感染，其中包括改变胞间连丝通透性。在这些宿主防御因子中，PLASMODESMATA-LOCATED PROTEIN (PDLP)5是一种高效的胞间连丝调节剂，它不仅可以维持胞间连丝通透性，还可以在感染病原体时急剧限制整体分子运动。最近研究发现改变PDLP5的寡聚状态会导致其功能丧失。

成熟的PDLP5蛋白由N末端胞外结构域和跨膜结构域组成，跨膜结构域尾部是由14个氨基酸残基组成的胞质尾区。在胞质尾区含有三个其他PDLP旁系同源物中不存在的半胱氨酸残基 C287、C288和C298，作者猜测这些半胱氨酸残基可能与PDLP5调节胞间连丝功能有关。作者创建了针对这三个半胱氨酸残基的替代突变体1C1A、2C2A和3C3A进行验证，并将它们与cYFP蛋白融合在烟草叶片细胞中瞬时表达。作者用GFP标记的TMV进行农杆菌介导的病毒运动测定来探究半胱氨酸残基是否影响PDLP5活性。发现表达1C1A和2C2A融合植物TMV运动延迟，表明这些突变不会显著影响PDLP5活性。而表达3C3A的TMV运动没有延迟，并通过实验进一步验证3C3A植物中TMV运动增强，表明半胱氨酸残基可能是PDLP5活性所必需的。

作者接着在研究3C3A如何改变病毒运动中发现表达3C3A的叶子形成的病灶数量明显增多，表明3C3A突变并未导致PDLP5功能丧失，而使PDLP5功能增强。还发现3C3A的异位表达对病毒运动的影响是普遍存在的。

作者还创建了3C3A稳定超表达的植株（称为Sm5)，发现相比于WT植株，其TMV病灶生长和发育都显著增强，结果证实了3C3A 的稳定异位表达与病灶发展速度相关，因此该方法是增强病毒感染性和传播的有效手段。

为了进一步验证Sm5植物在提高异源表达蛋白积累方面的功效，作者重点研究了两种药学相关的疫苗抗原YFE-1和 PA83。发现Sm5-21和Sm5-26株系比WT株系分别增加了40%和63%的YFE-1，以及17%和46%的PA83。

综上，这篇文章报道了利用转基因技术改进烟草宿主植物系统，增强了TMV病毒载体在细胞间移动，从而提高目标蛋白的表达和产量。基于这一发现，作者证明了：1)如何在转基因株系中操纵胞间连丝连接;2）如何将病毒载体用于转基因株系;3)以及该系统在表达报告蛋白和两种疫苗抗原方面的功效。这种新方法有望提高异源蛋白质的产量，并可能应用到其他药物蛋白中。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/pbi.13977

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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