Recombinant protein expression in Escherichia coli: advances and challenges

Escherichia coli is one of the organisms of choice for the production of recombinant proteins. Its use as a cell factory is well-established and it has become the most popular expression platform. For this reason, there are many molecular tools and protocols at hand for the high-level production of heterologous proteins, such as a vast catalog of expression plasmids, a great number of engineered strains and many cultivation strategies.We review the different approaches for the synthesis of recombinant proteins in E. coli and discuss recent progress in this ever-growing field.Fil: Rosano, German Leandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; Argentina. Universidad Nacional de Rosario, Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas; ArgentinaFil: Ceccarelli, Eduardo Augusto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; Argentina. Universidad Nacional de Rosario, Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas; Argentin

New tools for recombinant protein production in Escherichia coli : A 5‐year update

The production of proteins in sufficient amounts is key for their study or use as biotherapeutic agents. Escherichia coli is the host of choice for recombinant protein production given its fast growth, easy manipulation, and cost-effectiveness. As such, its protein production capabilities are continuously being improved. Also, the associated tools (such as plasmids and cultivation conditions) are subject of ongoing research to optimize product yield. In this work, we review the latest advances in recombinant protein production in E. coli.Fil: Rosano, German Leandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Morales, Enrique Salvador. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Ceccarelli, Eduardo Augusto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; Argentin

Structural basis for the Pr-Pfr long-range signaling mechanism of a full-length bacterial phytochrome at the atomic level

Phytochromes constitute a widespread photoreceptor family that typically interconverts between two photostates called Pr (red light-absorbing) and Pfr (far-red light-absorbing). The lack of full-length structures solved at the (near-)atomic level in both pure Pr and Pfr states leaves gaps in the structural mechanisms involved in the signal transmission pathways during the photoconversion. Here, we present the crystallographic structures of three versions from the plant pathogen Xanthomonas campestris virulence regulator XccBphP bacteriophytochrome, including two full-length proteins, in the Pr and Pfr states. The structures show a reorganization of the interaction networks within and around the chromophore-binding pocket, an α-helix/β-sheet tongue transition, and specific domain reorientations, along with interchanging kinks and breaks at the helical spine as a result of the photoswitching, which subsequently affect the quaternary assembly. These structural findings, combined with multidisciplinary studies, allow us to describe the signaling mechanism of a full-length bacterial phytochrome at the atomic level.Fil: Otero, Lisandro Horacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; Argentina. Plataforma Argentina de Biología Estructural y Metabolómica; ArgentinaFil: Foscaldi, Sabrina Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Antelo, Giuliano Tomás. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Rosano, German Leandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Sirigu, Serena. Soleil Synchrotron; FranciaFil: Klinke, Sebastian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; Argentina. Plataforma Argentina de Biología Estructural y Metabolómica; ArgentinaFil: Defelipe, Lucas Alfredo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. European Molecular Biology Laboratory Hamburg; AlemaniaFil: Sánchez Lamas, Maximiliano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Battocchio, Giovanni. Technishe Universitat Berlin; AlemaniaFil: Conforte, Valeria Paola. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Ciencia y Tecnología "Dr. César Milstein". Fundación Pablo Cassará. Instituto de Ciencia y Tecnología "Dr. César Milstein"; ArgentinaFil: Vojnov, Adrián Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Ciencia y Tecnología "Dr. César Milstein". Fundación Pablo Cassará. Instituto de Ciencia y Tecnología "Dr. César Milstein"; ArgentinaFil: Chavas, Leonard M.G.. Soleil Synchrotron; Francia. Nagoya University; JapónFil: Goldbaum, Fernando Alberto. Plataforma Argentina de Biología Estructural y Metabolómica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Mroginski, Maria Andrea. Technishe Universitat Berlin; AlemaniaFil: Rinaldi, Jimena Julieta. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Bonomi, Hernán Ruy. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; Argentin

Biochemical characterization of ClpB3, a chloroplastic disaggregase from Arabidopsis thaliana

Disaggregases from the Hsp100/Clp family are a type of molecular chaperones involved in disassembling protein aggregates. Plant cells are uniquely endowed with ClpB proteins in the cytosol, mitochondria and chloroplasts. Chloroplastic ClpB proteins have been implicated in key processes like the unfolded protein response; however, they have not been studied in detail. In this study, we explored the biochemical properties of a chloroplastic ClpB disaggregase, in particular, ClpB3 from A. thaliana. ClpB3 was produced recombinantly in Escherichia coli and afnity-purifed to near homogeneity. ClpB3 forms a hexameric complex in the presence of MgATP and displays intrinsic ATPase activity. We demonstrate that ClpB3 has ATPase activity in a wide range of pH and temperature values and is particularly resistant to heat. ClpB3 specifcally targets unstructured polypeptides and mediates the reactivation of heat-denatured model substrates without the aid of the Hsp70 system. Overall, this work represents the frst in-depth biochemical description of a ClpB protein from plants and strongly supports its role as the putative disaggregase chaperone in chloroplasts.Fil: Parcerisa, Ivana Lorna. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Rosano, German Leandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Ceccarelli, Eduardo Augusto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; Argentin

A Gatekeeper Residue of ClpS1 from Arabidopsis thaliana Chloroplasts Determines its Affinity Towards Substrates of the Bacterial N-End Rule

Proteins that are to be eliminated must be proficiently recognized by proteolytic systems so that inadvertent elimination of useful proteins is avoided. One mechanism to ensure proper recognition is the presence of N-terminal degradation signals (N-degrons) that are targeted by adaptor proteins (N-recognins). The members of the caseinolytic protease S (ClpS) family of N-recognins identify targets bearing an N-terminal phenylalanine, tyrosine, tryptophan or leucine residue, and then present them to a protease system. This process is known as the 'bacterial N-end rule'. The presence of a ClpS protein in Arabidopsis thaliana chloroplasts (AtClpS1) prompted the hypothesis that the bacterial N-end rule exists in this organelle. However, the specificity of AtClpS1 is unknown. Here we show that AtClpS1 has the ability to recognize bacterial N-degrons, albeit with low affinity. Recognition was assessed by the effect of purified AtClpS1 on the degradation of fluorescent variants bearing bacterial N-degrons. In many bacterial ClpS proteins, a methionine residue acts as a 'gatekeeper' residue, fine-tuning the specificity of the N-recognin. In plants, the amino acid at that position is an arginine. Replacement of this arginine for methionine in recombinant AtClpS1 allows for high-affinity binding to classical N-degrons of the bacterial N-end rule, suggesting that the arginine residue in the substrate-binding site may also act as a gatekeeper for plant substrates.Fil: Colombo, Clara Victoria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Rosano, German Leandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Mogk, Axel. Universität Heidelberg; AlemaniaFil: Ceccarelli, Eduardo Augusto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; Argentin

Starting a new recombinant protein production project in Escherichia coli

One of the goals in recombinant protein production in Escherichia coli is to maximize productivity. High volumetric and specific yields can be reached after careful selection of expression strains and optimization of cultivation parameters. In this chapter, we review the many tools available to make the most out of this versatile microbial cell factory. Useful guidelines and options for troubleshooting production are presented.Fil: Aguilar Lucero, Dianela Ailin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Cantoia, Alejo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Ceccarelli, Eduardo Augusto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Rosano, German Leandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; Argentin

From the notebook to recombinant protein production in Escherichia coli: Design of expression vectors and gene cloning

Research in recombinant protein expression in microorganism hosts spans half a century. The field has evolved from mostly trial-and-error approaches to more rational strategies, including careful design of the expression vectors and the coding sequence for the protein of interest. It is important to reflect on many aspects about vector construction, such as codon usage, integration site, coding sequence mutagenesis and many others. In this chapter, we overview methods and considerations to generate a suitable construct and anticipate possible experimental roadblocks.Fil: Cantoia, Alejo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Aguilar Lucero, Dianela Ailin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Ceccarelli, Eduardo Augusto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Rosano, German Leandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; Argentin

Proteome variation of the rat liver after static cold storage assayed in an ex vivo model

Cold storage is a common procedure for liver preservation in a transplant setting. However, during cold ischemia, the liver suffers molecular alterations that can affect its performance. Also, deleterious mechanisms set forth in the storage phase are exacerbated during reperfusion. This study aimed to identify liver proteins associated with injury during cold storage and/or normothermic reperfusion using the isolated perfused rat liver model. Livers from male rats were subjected to either (1) cold storage for 24 h, (2) ex vivo normothermic reperfusion for 90 min or (3) cold storage for 24 h followed by ex vivo normothermic reperfusion for 90 min. Then, the livers were homogenized and proteins were extracted. Protein expression between each experimental group and the control (freshly resected livers) was compared by two-dimensional (2D) gel electrophoresis. Protein identification was carried out by matrix‐assisted laser desorption/ionization time‐of‐flight spectrometry (MALDI‐TOF/TOF) using MASCOT as the search engine. 23 proteins were detected with significantly altered levels of expression among the different treatments, including molecular chaperones, antioxidant enzymes, and proteins involved in energy metabolism. Some of them have been postulated as biomarkers for liver damage while others had been identified in other organs subjected to ischemia and reperfusion injury. The whole data set will be a useful resource for studying deleterious molecular mechanisms that result in diminished liver function during storage and subsequent reperfusion.Fil: Knecht, Camila Ayelén. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Humanidades y Artes. Secretaria de Ciencia y Técnica. Centro Binacional (Argentina- Italia) de Investigaciones en Criobiología Clí­nica y Aplicada; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Balaban, Cecilia Lucía. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Humanidades y Artes. Secretaria de Ciencia y Técnica. Centro Binacional (Argentina- Italia) de Investigaciones en Criobiología Clí­nica y Aplicada; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Rodríguez, Joaquín V.. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Humanidades y Artes. Secretaria de Ciencia y Técnica. Centro Binacional (Argentina- Italia) de Investigaciones en Criobiología Clí­nica y Aplicada; ArgentinaFil: Ceccarelli, Eduardo Augusto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Guibert, Edgardo Elvio. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Humanidades y Artes. Secretaria de Ciencia y Técnica. Centro Binacional (Argentina- Italia) de Investigaciones en Criobiología Clí­nica y Aplicada; ArgentinaFil: Rosano, German Leandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; Argentin

Structural features of the plant N-recognin ClpS1 and sequence determinants in its targets that govern substrate selection

In the N-degron pathway of protein degradation of Escherichia coli, the N-recognin ClpS identifies substrates bearing N-terminal phenylalanine, tyrosine, tryptophan, or leucine and delivers them to the caseinolytic protease (Clp). Chloroplasts contain the Clp system, but whether chloroplastic ClpS1 adheres to the same constraints is unknown. Moreover, the structural underpinnings of substrate recognition are not completely defined. We show that ClpS1 recognizes canonical residues of the E. coli N-degron pathway. The residue in second position influences recognition (especially in N-terminal ends starting with leucine). N-terminal acetylation abrogates recognition. ClpF, a ClpS1-interacting partner, does not alter its specificity. Substrate binding provokes local remodeling of residues in the substrate-binding cavity of ClpS1. Our work strongly supports the existence of a chloroplastic N-degron pathway.Fil: Aguilar Lucero, Dianela Ailin. Universidad Nacional de Rosario; ArgentinaFil: Cantoia, Alejo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Sánchez López, Magda Carolina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Binolfi, Andrés. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Mogk, Axel. Universität Heidelberg; AlemaniaFil: Ceccarelli, Eduardo Augusto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Rosano, German Leandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; Argentin