i
TRƢƠ
̀
NG ĐA
̣
I HO
̣
C KHOA HO
̣
C TƢ
̣
NHIÊN
THÂN VĂN MINH
ĐÁNH GIÁ SỰ BIỂU HIỆN GEN MÃ HÓA PHEROMONE LAI
ALPHA (MF(ALPHA)1) Ở CÁC CHỦNG Pichia pastoris TÁI TỔ
HỢP SINH AMYLASE VÀ INTERLEUKIN-2 BẰNG KỸ THUẬT
REAL-TIME PCR
LUÂ
̣
N VĂN THA
̣
C SI
̃
KHOA HO
̣
C
ii
TRƢƠ
̀
NG ĐA
̣
I HO
̣
C KHOA HO
̣
C TƢ
̣
NHIÊN
THÂN VĂN MINH
ĐÁNH GIÁ SỰ BIỂU HIỆN GEN MÃ HÓA PHEROMONE LAI
ALPHA (MF(ALPHA)1) Ở CÁC CHỦNG Pichia pastoris TÁI TỔ
HỢP SINH AMYLASE VÀ INTERLEUKIN-2 BẰNG KỸ THUẬT
REAL-TIME PCR
c thc nghim
: 60 42 30
LUC
NG DN KHOA HC
i
i
i
LỜICẢM ƠN
inby tbitnsuscti:GS.TS.TrươngNamHải-Trng
phngKthutDitruyn,VintrngVinCngnghsinhhctntnhhng dn,
o mu ki .
Trongthigianhctpvmvic,tinhncsquantmgip, ch
botntnhvchuynmn,sngvinqubuca TS. Lê Thị Thu Hồng, TS. Dương
Cẩm Thúy,ThS.NguyễnHồng
Thanh, CN. Trần Nhật Anh
v
tiphngKthutDitruynVinCngnghsinh hc,VinKhoa hc
CngnghVitNam.Nhndphonthnhlunvn ny,tixin bytlg
bitnsusccamnhti sgipvcgqubu.
Ticngxintrntrngcmnccthy gio,cgiotrongKhoaSinhhc-
TrngihcKhoa hcTnhin,ihcQucgiaHNi,nhgingdy, dudt
ti trongthigianhctptitrng.
Cuicg,tixingilicmnnngithntronggianhvbnb
ngvinvgipti trongsutthigianhctpvnghincuvaqua.
Xin chânthànhcảmơn!
Ni,ngy12tng12m2012
Hcvin
ii
NHỮNG TỪVIẾTTẮT
Amp Ampicillin
Amy Amylase
AOX Alcochol oxidase
ARN RibonucleicAcid
DNA DeoxyribonucleicAcid
dNTPs Deoxyribonucleotidetriphosphates
EDTA Ethylenediaminetetraaceticacid
IL-2 Interleukin-2
kDa Kilodalton
LB Luria-Bertanimedium
MCS Multicloningsite
PCR PolymeraseChainReaction
PDB Proteindatabank
PDF ProbabilityDensityFunction
PMSF Phenylmethanesulfonylfluoride
Real-time PCR Real-time Polymerase chain reaction
SDS SodiumDodecylSulphate
TAE Tris-acetate-EDTA
TaqDNApolymerase DNAPolymerasecaThermusaquaticus
YNB Yeast Nitrogen Base
iii
MỤC LỤC
M U 1
U 3
1.1. H thng biu hin Pichia pastoris 3
m h biu hin P. pastoris 3
1.1.2. Nhm ca h biu hin P. pastoris 5
P. pastoris 7
tit protein nm men 8
1.1.5. Vector biu hin gene ngoi lai ca P. pastoris 10
1.2. Tng quan v -eMF(ALPHA)1 12
1.3. Tng quan v 15
1.3.1. Tng quan v Interleukin-2 15
1.3.2. Tng quan v -amylase: 17
1.4. K thut Real-time PCR 18
1.4.1. Tng quan v Real-time PCR 18
t qu Real-time PCR 21
T LI 24
2.1. Vt liu 24
2.1.1. Chng vi sinh vn np 24
2.1.2. Mi cho phn -time PCR 24
t b 24
2.1.4. Phn mm 25
ch 25
u 27
ng P. pastoris hp 27
ch mRNA t P. pastoris 27
2.2.3. K thut PCR 29
2.2.4. K thut Real-time PCR 30
2.2.5. X liu s dng phn mm LightCycler 4.0 31
iv
T QU O LUN 33
ng P. pastoris hp 33
ch RNA tng s t dy t m men 36
t RNA tng s 36
3.2.2. Tinh sch mRNA 37
u RNA tng s 40
3.3. Tu kin cho phn ng Real-time PCR 42
3.3.1. Tu kin Real-time PCR vi gene chun IPP1 42
3.3.2. Tn ng Real-time PCR v 43
3.4. Kt qu Real-time PCR vi gene ni chun IPP1 44
3.5. Real-time PCR v biu hin ca gene MF(ALPHA)1 46
3.5.1. Kt qu Real-n gene MF(ALPHA)1 47
biu hin gene MF(ALPHA)1 50
t qu Real- 53
KT LUN 55
U THAM KHO 56
v
MỤC LỤC BẢNG BIỂU
P. Pastoris 4
41
-
P. pastoris
46
-
MF(ALPHA)1 P. pastoris 50
MF(ALPHA)1
P. pastoris 52
MF(ALPHA)1
P. pastoris
52
MF(ALPHA)1
P. pastoris -
52
vi
MỤC LỤC HÌNH VẼ
P. pastoris 3
P. Pastoris 8
. 9
11
12
P. pastoris . 14
-2 16
-PCR 20
22
23
P. pastoris 33
P. Pastoris 34
P. Pastoris 35
37
38
39
- 42
-
43
IPP1 -time PCR. 45
vii
IPP1 trong Real-
time PCR. 45
MF(ALPHA)1
trong real time PCR. 48
MF(ALPHA)1
49
l-
MF(ALPHA)1 49
eMF(ALPHA)1
cP. Pastoris . 53
MF(ALPHA)1. 54
1
MỞ ĐẦU
hc ng dng rc sn
xuu khoa hi protein mi
t biu hin ca mt h thng vt ch t c
u. Mt sn ph hp mi ph thuc rt nhi
vic chn vt ch biu hin, hin nay vt loi vt ch p cho
biu hin mi loc khi bu sn xut m p
i la chn mt h thng biu hit nhiu h thng biu
hi biu hi h dng sinh v
E.coli, Bacillus m men Sacharomyces
cerevisiae, Pichia pastoris
ng vt [3].
Nm men P. pastoris c s dng ph biu biu hin gen
ngon c biu hin trong P. pastoris. Vi
chng nu protein ngoc to ra vng l
t s protein lc biu hin m thi 1
mg/l), hon u hin ca protein, mt
s c s d p, biu hin
ng thi vi chaperone hoc vt bin mt s gen ca
chng biu hin tu kii tt c ng
h ng hiu bit v di truy
trong chng nn ch.
Nhng kt qu transcriptome ca chng P. pastoris i
chng, chng sinh tng hp interleukin-2, chng sinh tng hp amylase s dng
YEAST_2 array,
12.000
S. cerevisiae Schizosaccharomyces pombe cho the
t trong biu hin gen giu gene
pheromone lai alpha (MF(ALPHA)1 [15].
2
GeneMF(ALPHA)1 -factor n ca nm
men. Gene(MF(ALPHA)1 t trong chng P. pastoris g u,
u hing nm men P. pastoris
o ch h
v m gia s biu hin ca gen ngoe(MF(ALPHA)1
h biu hin.
Trong biu hin ca gene(MF(ALPHA)1 ng
u s ng k thut Real-time PCR vi mc hi
ng nht hic s d kh nh li kt qu
microarray. K thut Real- biu hin ca gen s nhy,
thc hin vi s ng mu l
biu hin ca gene(MF(ALPHA)1 t ng cho nh
cu tip theo nh biu hin ca gen ngoi lai trong chng nm
men P. pastoris hp.
c hi biu biu hin gen
pheromone lai alpha (MF(ALPHA)1) ng Pichia pastoris hp
sinh a-2 bng k thut Real-
c ti thut di truyn, Vi Sinh
hc, Vin Khoa h Vit Nam.
3
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Hệ thống biểu hiện Pichia pastoris
1.1.1.Đặc điểm hệ biểu hiệnP. pastoris
P. pastoris thuc h Saccharomycetaceae sinh v
chuymethanol. Nt elip
hon by chi n h
thc tip hp
Tt c ng biu hin ca h biu hin P. pastoris n gc t
chng di NRRL- ng di (X-33, Y-
t bi t histidinol dehydrogenase
t bie dng
methanol (KM71, MC 100-ng khuyt protease (SMD1163, SMD1165,
SMD1168) [19].
Hình 1.1: Hình thái của nấm men P. pastoris[44]
4
Bảng 1.1: Các chủng biểu hiệnP. Pastoris
Tên chủng
Kiểu gen
Kiểu hình
X-33
Chng di
Mut
+
GS115
His4
Mut
+
His
-
KM71H
H
Mut
s
His
-
GS115/Albumin
His4
Mut
s
MC100-3
H
Mut
-
His
-
SMD1168
Mut
+
His
-
khuyt protease
SMD1165
Prb 1 his4
Mut
+
His
-
khuyt protease
Hu h t bin genedehydrogenase histidinol (his4
a chu hin cha his4 khi bin np. khi DNA plasmid
c bin nng nhc ch hp
ba ki
+
, Mut
s
, Mut
-
[10, 12]. Ch
+
n tt
ng ch ng di (X- ng b t
bin mt geneAOX1 t
s
ng b t bin mt c hai geneAOX
-
ng ch
chng KM71H (his4 arg4 aox1Δ::AGR4) phn ln gen AOX1 b loi b
bi geneAGR4 ca S. cerevisiaei dAOX2 to enzyme AOX
ng trong methanol chm. Chng MC100-3 (his4 arg4 aox1Δ::
SAGR4 aox2Δ::Phis4
-
, b loi b c hai gen AOX bi
geneAGR4 genePhis4. Ch
methanol. Tt c ng, ngay c cht bin Mut
-
u
hin tt qua promoter AOX1. Mt s ch
n ch s a protease
mt yu t quan trm tit protein ngoc bi
t biu hin
i lai.
5
1.1.2. Những ƣu điểm của hệ biểu hiện P. pastoris
E. coli c s dt ch biu hi hp t rt sm,
E. coli sinh v c hin vic ci
bin sau dc biu hin b gii hc bi
ngun gc t sinh v n [18]. Biu hi hp
trong E. coli ph thuc rt nhim ca protein mun biu hin.
Khi protein mun biu hin dng tan nu vic to cc cao b li s dn ti
vic t p n
d n nhiu
thi gian, dn ti vic gim n sn phu hin. E. coli
p cho nh u biu hin protein c u ni
disulphide cao hoc nh ci bin sau d
o c
hc to ra t E. coli b i chng h
nhng h thng biu hiS. cerevisiae, P. pastoris
s dng[41].
i vi S. Cereviasiae c hin ci sau da
c vi chi i
carbonhydrate g t ln t 50-
cng th
h - S.cerevisiae
ch-1,3 glycan u k
protein [34,
37].
P. pastoris c hin nhiu bi i sau d
casinh vn u (gm c d
gp cun, to cu n
n gng nh v
t c nh
6
Pichia ng vi s mannose ng u so vi S.
cerevisiae- P. pastoris ng ch gn chui
carbonhydrate vi 8- -1,3 glycan
u k
[34]m ni trng h thng biu hin
c [24]P. pastoris c la ch biu hi
ngun gc t sinh vP. pastoris n vi
m u ln so vi S. cerevisiae, [10, 18, 24] n
di pH rng (t 3 t u ch t to protein,
gin phm ph m thiu tng ca protease [28].
Vi promoter m ng protein to ra t P.
pastoris n 30% tng s protein t [12]. Gene u khin bi
c kt h gen ca P. pastoris s tt chng
u hin protein mc cao v
c bi m ng bng methanol,
thun li trong vic kiu hin ca gene[4].
Cht cm ng biu hi tii cht cm ng
ca h thng biu hin E. coli n,
u t ng hot b sung
vt ti c thc hi
c n xu
c ki
thng biu hin bng phi tiy t
t tin, ng mt nhiu tha hiu sut biu hin
protein l
n nay, P. pastoris c s biu hi
hn gc t vi khun, nm, thc vng v
protein ci.
7
1.1.3. Quá trình chuyển hóa methanol ở P. pastoris
P. pastoris dng
duy nh
pero c c ng
chuy methanol trong ni mt h enzyme, mt trong s
n
chuy
n o ra sn phm ph t
c cho t n i xy ra trong
thu h i H
2
O
2
[9].
c chuyn t
i ch
AOX2. GeneAOX1 ch a t
u hin geneAOX1 t ch b c ch
ch cm t cn thi
geneAOX1 p vi
m men tng hp mng l i [10,
12]t trong nh n trong qn h biu hin
P. pastorisu khin tng hc thit k
tng hp protein ngoi lai.
8
1.1.4. Cơ chế tiết protein ở nấm men
Protein ngo c biu hin trong t m men muc tit ra
khi t n phi cha mu tit
tit t a nm men c s dng nhi
SUC -- tip h[22,
39, 41]. M u tic s d
u ti -factor ca S. cerevisiae
t [13].
u hin gene ngoi lai trong P. pastoris u tit
c thit k sc MF--u
n gc t nm men S. cerevisiaem khong 89 amino acid
a mi ni cht d
i ni ch tit MF- a protein s c loi b khi sn phm d
c tinh [9, 41]ng
thi ni cht protein ngoi qua s bi
c ch bin trong mi ni cht, protein
Hình 1.2: Con đƣờng chuyển hóa methanol trong nấm men P. pastoris[19]
9
s c vn chuyn th Golgi. T
dung hp v ti[2].
C c tng h c d
trong t t (1). phc hng hc
tng hc vn chuyi ni ch s hin din m
i ni ch2). Sau khi dt trong i ni ch
n phc h Golgi nh t (3), t
ng h
ch i ni chc tng h
c gi t (2a
Hình 1.3: Sơ đồ khái quát quá trình phân khu các protein ở sinh vật nhân
chuẩn[43]
10
hp th b
ng: ti th 3a, 4a, lc lp 3b, peroxisome 3c, 4b ho
1.1.5. Vector biểu hiệngene ngoại lai củaP. pastoris
1.1.5.1. Đặc điểm chung của vector biểu hiện củaP. pastoris
u vector biu hiP. pastoris c thit k
yu t sau [19]:
1. Promoter mnh: t
c biu hin mnh trong Pichia nh
p v h gene nm men t
n k a gene AOX1 ng
p vi h gene nm men ti v [24].
t hoc nhiu v t ni (MCS): e mong mun
u hin.
3 t k n gc t geneAOX1 ca P. pastoris
poly A mRNA u qu cao.
4. Gene ch th chn lc (His4): n ca Pichia
histic s d b
chng Pichia b t bin genehis4.
5. M cn thit cho s n ti ca plasmid trong vi khun
e chn lc t
h hn ti
trong t n.
mt s vector biu hi
hc
phosphatase trong P. pastoris ho ca gene gi
a S. cerevisiae[27].
11
1.1.5.2. Vector pPIC9
Khi s d biu hin protein ngo
-D2, pPIC3.5, pHIL--D2, pPIC3.5
u hin protein n- biu hin
protein ngoc s dng nhiu trong P. pastoris.
-948), v -
u titor) (S) (949-1218), v -i
(1192-1241), v -n k
(1253-c m (ORF)HIS4 (4514--5626),
ColE1 origin (6708-n (713-6853)
1.1.5.3. Tích hợp gene ngoại lai vào P. pastoris
u hin trong P. pastoris c thit k ng vi locus
AOX1 hay locus his4. Gi S. cerevisiae, DNA dng thnh
n nP. pastoris nh hp v
ng trong b gene n h tn ti nh vi dn
sao trong b gene t .
Hình 1.4: Bản đồ vector biểu hiện pPIC9[42]
12
chng Mut
+
hoc (Mut
s
), gene p ti locus his4 do s
gia locus his4 ca nhim sc th nu hi5). Kt qu
cho mt hoc nhiu bn sao ca vector ti v
+
.
ng vector bng enzyme ct gii hn ti v
+
hay MutS
ng ch s d hn sao ca
vector biu hin chim 1-ng His
+
bin np.
1.2. Tổng quan về α-factor và geneMF(ALPHA)1
S sinh sn nm men S. cerevisiae n s ting c
peptide pheromone [26] -
ng v ti ng v alpha.
ng ca pheromone dn ti s dng li trong pha G1 ca chu k t
i bi cm ng ce
n ph ng
pheromone. C t bin xuc pheromone s sinh sn
c (s t hp) [39].
t chui peptide gi
2 gene ct MF1, MF2. Hai gene n peptide
(tin pheromone) lt g[39]. C hai ti t
Hình 1.5 Cơ chế trao đổi chéo tại vị trí his4 [25]
13
chuu, mu khi
u N), ti ng
vi mi tin nhn t. Tm ca geneMF1 ch lp li tt c
ng nht v cc nm men tit
m ca MF2 ch lp li, m alpha
(Gln-5, Lus-- s t v
t alpha bi s thay th 2aa (Asn-5, Arg- c g -
[16]. Ti MF1 s tri qua nhic bi t
c sn xut c-factor[27].
u v - alpha
trong vic cm ng nhing pheromone bao gm vic dng chu
k t m i ct 1 geneMF cho vic sn xut
n, b t bin MF1/MF2 kh
n xu n [23]c b sung
alpha cho chng MF1MF2 kh c kh n c
git bin. Nhng kt qu c v
cht bie c alpha b , vic b
t alpha t c kh n ca th t
bin MF1/MF2 [41]. Mt gi thi git qu n
nhi n xut
. Mt th t bi c bit ca mf1
(MF1 t hp th
10 ln so vi th t biu (bt hot) MF1 mn b geneMF1[20, 22].
Th t bin MF1 u ca
geneMF1u ki m, theo sau bi rt nhiu amino acid
n URA3 [22, 39]. Kia th t bin MF1::URA3A
cho thy sn pha gene lai c ch n, MF
t bii ch u thuc geneMF1 ca ch
14
b ng s hp nhy geneMF(ALPHA)
n ca nm nem S. cerevisiae[8].
GeneMFALPHA gn 2 gene eneMF(ALPHA)1 gene MF(ALPHA)2
-factor t n n ln
c to ra bi geneMF(ALPHA)1.
ceMF(ALPHA)1:
ATGAGATTTCCTTCAATTTTTACTGCAGTTTTATTCGCAGCATCCTC
CGCATTAGCTGCTCCAGTCAACACTACAACAGAAGATGAAACGGCACA
AATTCCGGCTGAAGCTGTCATCGGTTACTTAGATTTAGAAGGGGATTTC
GATGTTGCTGTTTTGCCATTTTCCAACAGCACAAATAACGGGTTATTGTT
TATAAATACTACTATTGCCAGCATTGCTGCTAAAGAAGAAGGGGTATCT
TTGGATAAAAGAGAGGCTGAAGCTTGGCATTGGTTGCAACTAAAACCTG
GCCAACCAATGTACAAGAGAGAAGCCGAAGCTGAAGCTTGGCATTGGC
TGCAACTAAAGCCTGGCCAACCAATGTACAAAAGAGAAGCCGACGCTG
AAGCTTGGCATTGGCTGCAACTAAAGCCTGGCCAACCAATGTACAAAAG
AGAAGCCGACGCTGAAGCTTGGCATTGGTTGCAGTTAAAACCCGGCCAA
CCAATGTACTAA [44].
GeneMF(ALPHA)1 ng P. pastoris g
trong vector biu hing nm men P. pastoris
o ch h
pPIC9
S
3‘TAOX1
HIS4
Amp
5‘PAOX1
HIS4
3’TAOX1 S 5’PAOX1 Amp 3’AOX1
his4*
Pichia genome
SMD1168 (his4)
* mutation
his4*
pPIC9-GOI
3‘TAOX1
HIS4
Amp
5‘PAOX1 S
GOI
HIS4
3’TAOX1 GOI S
5’PAOX1
Amp 3’AOX1
his4*
his4*
Pichia genome
SMD1168 (his4)
* mutation
A B
Hình 1.6: Thiết kế tạo các chủng nấm men P. pastoris tái tổ hợp[42]
15
A- chng control; B- hp sinh protein ngoi lai: chng sinh
amylase hong sinh interleukin-2
AOX1
: AOX1 promoter; S-
u tit -factor.(MF(ALPHA1));
AOX1
: terminator;
t AOX1; Amp: gene p
a chng P. pastoris SMD1168 genome (AMY/IL-2).
1.3. Tổng quan về các protein ngoại lai trong đề tài
1.3.1. Tổng quan về Interleukin-2
Interleukin-2 (IL-2) i c bi n d u t
ng t ng min dch
mt ch tr u tr L-
mt cytokine do t a h thng min dch tng hL-c
ng s sinh
ng c n gc t tL-t trong
nhnh m . Geneil-2
ng s c
ng s. V bn cht, IL- t glycoprotein
c tii dng monome vi kh xp x 15 kDa. IL-2 tn ti vi
cu a cytokine loi 1.
IL-c gu t ng t
m -c quan
y nhiu kh u chnh min dc ca t
t t t t t
(LAK). Tri sau d-2 b c
u ti -nh cha 133 amino acid.
16
t qu u cho th IL-t
nh hoc cc acid
amin 1- c acid amin 121- u
disulfide gi g [11]u ca Grace (1987) cho
tht bin mt 20 acid amin t
99% hoa IL- t c th IL-
acid amin cho thy IL-2 t a 3 gc Cys t
v o cu disulfide. Vi
quyn hoc ca IL-
kt qu t bin gc Cy y cu
m 8-10 ln hoa IL- thay th hoc
t bia IL-2 gim ti 250 l t bin mt
gc Cys ti v ng rn ho- i gc Cys
ti v ng ti hoa IL-2. Do vt bin thay
i Cys v n s t
mong mun gia gi hai gc Cys v i u N ca
protein IL-c nhn bit b Ala-Pro-Thr 3 v
Hình 1.7 : Cấu trúc không gian của IL-2 [40]