Gaucher’s disease (GD) is an autosomal recessive lysosomal storage disorder which is caused by a mutation in the gene encoding acid β-glucocerebrosidase (GBA, EC 3.2.1.45). Deficient activity in GBA leads to a wide variety of clinical phenotypes, including visceral symptoms such as hepatospenomegaly as well as neurological symptoms. Current enzyme replacement therapy is effective in treating visceral symptoms but cannot cross the blood-brain barrier to target neurological manifestations. Another drawback to current therapy is the high cost to patients due to present protein expression strategies. Recently, protein transduction domains, such as the synthetic PTD4 domain, have been proposed as a therapeutic strategy for drug delivery to the central nervous system. In the present study, we use an economical yeast expression system, Pichia pastoris, to produce a recombinant fusion protein GBA-PTD4, and semi-preparative hydrophobic interaction chromatography and gel filtration chromatography for purification. Results show that final preparations are near homogenous, with GBA-PTD4 accounting for approximately 76% of total protein and only one major contaminant. A cell line expressing GBA without a transduction domain was also created in anticipation of further cellular uptake studies. Future research will focus on large scale enzyme expression in fermentation systems and more direct purification methods such as immunoaffinity chromatography for better protein recovery. / Graduate

In order to establish the potential of an esterase from Lactobacillus casei for application in the dairy industry, this study was designed with the following objectives: (1) to determine the optimal cultural conditions for growth and enzyme production, (2) to construct a positive selection vector with low copy number for gene cloning, (3) to clone and sequence the gene encoding for esterase, (4) to biochemically characterize the purified recombinant esterase, and (5) to over-express an esterase of L. casei into Escherichia coli as well as into a methylotrophic yeast, Pichia pastoris using strong promoters. / Maximal growth and enzyme production in L. casei were obtained after 20 h in basal MRS medium containing 1% (w/v) lactose at pH 7.0, 30°C. Among various substrates (C2--C16) tested, the highest activity was towards C6 and C8. Although the enzyme was produced constitutively, tributyrin induced the enzyme production by a 2.5 fold. / A new E. coli and lactic acid bacteria shuttle vector with low copy and positive selection termed pCWL70 was constructed. High transformation efficiency and significant vector stability of pCWL70 were found in L. casei and Lactococcus lactis. / An esterase gene (estI) of L. casei CL96 was localized in a 3.3 kb Bam HI DNA fragment that contains an open reading frame of 1,800 bp. The open reading frame estI was isolated by PCR and subcloned into the E. coli expression vector pET29a, and Pichia expression vector pPICZ B, that allows the inducible expression under the control of the T7 promoter and an alcohol oxidase promoter (AOX1), respectively. E. coli BL21(DE3)pLysS containing estI expressed a novel 67.5 kDa protein corresponding to the EstI in N-terminal fusion with the S · tag peptide. / An esterase of L. casei CL96 was successfully over-expressed in E. coli up to 500 folds (about 25% of total cellular protein) as well as in the P. pastoris. In high cell density fed-batch fermentation, the recombinant Pichia strain containing linearized pCESTc was grown at pH 6.5 and 30°C, and the cell density peaked at about 180 h with 468 g wet cell weight per liter. The final yield was 3.7 x 106 units/ml, which is 980-folds higher than that of native L. casei cells. / The amino acid sequence of EstI indicated that the esterase is a member of a novel GHSMG family of lipolytic enzymes and S-formylglutathione hydrolases (FGH). The putative catalytic triad of EstI consists of residues Ser325, Asp516 and His558 as demonstrated by amino acid sequence alignments. (Abstract shortened by UMI.)

Frankfurt (Main), University, Diss., 2007.

München, Techn. Univ., Diss., 2002.

Techn. Hochsch., Diss., 2000--Aachen.

Techn. Universiẗat, Diss., 2004--Berlin.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Biologia Celular, 2008. / Submitted by Jaqueline Oliveira (jaqueoliveiram@gmail.com) on 2008-12-11T19:02:46Z No. of bitstreams: 1 DISSERTACAO_2008_JulianaAmorimAraujo.pdf: 3037793 bytes, checksum: a7399845548557e765e50c02f6d3d986 (MD5) / Approved for entry into archive by Georgia Fernandes(georgia@bce.unb.br) on 2009-02-20T15:27:14Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DISSERTACAO_2008_JulianaAmorimAraujo.pdf: 3037793 bytes, checksum: a7399845548557e765e50c02f6d3d986 (MD5) / Made available in DSpace on 2009-02-20T15:27:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTACAO_2008_JulianaAmorimAraujo.pdf: 3037793 bytes, checksum: a7399845548557e765e50c02f6d3d986 (MD5) / A coagulação enzimática do leite para fabricação de queijo envolve a quebra de uma ligação peptídica da caseína por uma protease aspártica. Tradicionalmente, esta clivagem é feita em escala industrial pela ação da quimosina bovina que combina uma forte atividade de coagulação do leite com uma baixa atividade proteolítica. No presente estudo, é relatada a expressão, purificação e caracterização de quimosina recombinante bovina na levedura metilotrófica Pichia pastoris. Para alcançar altos níveis de produção, o cDNA do fragmento codante da pró-quimosina B bovina foi desenhado e sintetizado in vitro otimizando o codon usage para a expressão em P. pastoris. O gene sintético (CHYMb) foi clonado em vetores de expressão contendo os promotores PGK1 (expressão constitutiva) e AOX1 (expressão induzida) seguindo-se integração no genoma da levedura. Os clones transformantes com maior produção enzimática de cada sistema (P1 e A3, respectivamente) foram analisados em culturas simultâneas para comparação da produção enzimática. Maiores níveis de atividade de quimosina foram observados no clone sob o comando do promotor PGK1, que apresentou alta produção durante toda a cultura. Uma otimização na produção enzimática foi desenvolvida através de planejamentos fatoriais. A influência da densidade celular inicial, metanol e concentração da fonte de nitrogênio foram avaliados para aumentar a produção do clone A3. A interação dos fatores densidade celular inicial e concentração de metanol foi determinada como sendo o parâmetro mais importante, dobrando a produção. A influência de diferentes concentrações da fonte de nitrogênio e carbono, previamente selecionados (farelo de soja e açúcar invertido), foi também analisada para aumentar a produção enzimática no clone P1. Foi demonstrado por análise estatística que maiores concentrações de cada fator aumentam a produção. O perfil de atividade enzimática foi avaliada em fermentador com as condições determinadas nas otimizações. A atividade encontrada nos dois casos (A3 e P1) foi superior àquelas encontradas na fermentação em frascos. A quimosina recombinante foi posteriormente purificada apenas por uma etapa de cromatografia de exclusão molecular. Foi demonstrada a presença de enzima já processada no sobrenadante da cultura e uma fração de proteínas glicosiladas. A especificidade pela caseína foi demonstrada ser semelhante à quimosina comercial recombinante produzida por Aspergillus niger (Chr. Hansen). A alta produção de quimosina recombinante com alta especificidade em P. pastoris faz esse sistema de expressão atrativo para produção industrial desta enzima. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT / Enzymatic milk coagulation for cheese manufacturing involves the cleavage of the scissile bond in casein by an aspartic protease. Bovine chymosin B is commonly used at the industrial level for milk coagulation because it combines a strong clotting activity with a low general proteolytic activity. In the present study, we report the expression, purification and characterization of recombinant chymosin B expressed in the methylotrophic yeast Pichia pastoris. To achieve high levels of production, the cDNA fragment coding for prochymosin was designed and synthesized based on codon usage optimization for expression in P. pastoris. The synthetic gene (CHYMb) was cloned into expression vectors based on the PGK1 promoter (constitutive expression) and AOX1 promoter (inducible expression). The resulted constructs were integrated in the yeast genome. Transformant clones producing high levels of enzyme activity from each system (P1 and A3, respectively) were analyzed in a simultaneous culture for comparison of enzymatic production. High levels of chymosin activity were observed in the clone controlled by the PGK1 promoter which showed high production levels throughout the culture. Optimization for enzymatic production was developed through factorial design. The influence of the initial cellular density, methanol and nitrogen source concentration were accessed for enzymatic production from clone A3. The interaction of the initial cellular density and methanol concentration was responsible for doubling enzyme production. The influence of different concentrations of nitrogen and carbon sources (soy extract and inverted sugar, respectively) was also observed to increase enzymatic production in clone P1. Statistic analysis demonstrated that higher concentrations of each factor increased enzyme production. The profile of enzymatic activity was evaluated in fermentors under the conditions determined during optimizations. In this case, the activities observed in clones A3 and P1 were superior to those found when theses clones were grown in shake flasks. The recombinant chymosin was purified by a single molecular exclusion chromatographic step. Purified enzyme derived from supernatant fraction was shown to be present in its processed form and a fraction of glycosylated protein was also detected. The specificity for casein was shown to be similar to that from commercial recombinant chymosin produced by Aspergillus niger (Chr. Hansen). The high production and high specificity of recombinant chymosin derived from P. pastoris renders this expression system as an attractive alternative for large scale industrial production of this enzyme.

FELIX, Wagner Pereira. Produção heteróloga de frutalina em Pichia pastoris. 2008. 113 f. Tese (Doutorado em bioquímica)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2008. / Submitted by Elineudson Ribeiro (elineudsonr@gmail.com) on 2016-07-28T15:13:10Z No. of bitstreams: 1 2008_tese_wpfelix.pdf: 3013919 bytes, checksum: 5ad2f9b358ba8740f49b54a25064ab73 (MD5) / Approved for entry into archive by José Jairo Viana de Sousa (jairo@ufc.br) on 2016-08-02T14:44:01Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2008_tese_wpfelix.pdf: 3013919 bytes, checksum: 5ad2f9b358ba8740f49b54a25064ab73 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-02T14:44:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2008_tese_wpfelix.pdf: 3013919 bytes, checksum: 5ad2f9b358ba8740f49b54a25064ab73 (MD5) Previous issue date: 2008 / Frutalin, the Artocarpus incise alfa-D-galactose binding seed lectin was expressed and processed in a heterologous system for protein expression, using the metilotrophic yeast Pichia pastoris. In order to obtain the proposed objectives, three strategies were followed: identify the frutalin gene from the genomic DNA, obtained from the leaves; obtain, from the GenScript Corporation, the synthetic frutalin polypeptide chains gene, optimized for expression in Pichia system; and isolate frutalin gene, from mRNA present in fresh seeds in order to obtain the cDNA, using the RT-PCR technique. The obtained genes were inserted in the Pichia genome, in order to evaluate the lectin expression. While in the first strategy only the beta chain gene was obtained, in the other two the complete frutalin gene was obtained. The best results were obtained from the third strategy. The expression process was temperature dependent, with the optimum at 18 οC and the recombinant frutalin showed an apparent molecular mass of 17 kDa, which suggest the presence of both the linker peptide and the histidine tag. / A frutalina, lectina α-D-galactose ligante, foi expressa e processada num sistema heterólogo para expressão de proteínas utilizando a levedura metilotrófica Pichia pastoris. Para atingir os objetivos esperados foram desenvolvidas três estratégias: identificar o gene que codifica para a frutalina a partir do DNA genômico obtido de folhas de A. incisa; sintetizar, por uma empresa especializada, o gene que codifica para as cadeias polipeptídicas da frutalina, otimizando-o para a expressão em P. pastoris e isolar o gene que codifica para a frutalina, a partir do mRNA presente em sementes maduras e frescas, para obtenção do cDNA utilizando a técnica da RT-PCR. Enquanto na primeira estratégia, foi obtido apenas o gen da cadeia beta, nas duas outras estratégias o gen completo foi obtido. No entretanto, a estratégia que mostrou melhor expressão da frutalina recombinante em P. pastoris foi a da obtenção do gene que codifica para a frutalina, a partir do mRNA. A expresão foi tempertura dependente e a frutalina recombinante apresentou uma massa molecular aparente de 17 kDa, sugerindo a presença do peptídeo de ligação e da cauda de histidina.

Made available in DSpace on 2016-08-17T18:39:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2709.pdf: 3171268 bytes, checksum: 320be443904ef1fb906616e8df53a4eb (MD5) Previous issue date: 2009-04-29 / Fundo Paulista de Defesa da Citricultura / The citrus canker disease is caused by a phytopathogenic bacterium Xanthomonas citri ssp. citri (Xac). The common symptoms are defoliation, twig die-back and premature fruit drop. The infection process of this bacterium is not totally elucidated although it has been reported that peptidases are involved in the infection and virulence process. The genome sequencing of the bacterium Xanthomonas citri ssp. citri enabled the detection of a gene that encodes an enzyme cysteine peptidase like, possibly involved in infection. Aiming to characterize this enzyme and determine its possible involvement in the infection process were performed: expression in recombinant Pichia pastoris, purification of protein and enzyme studies for characterization were done. The kinetic characterization of recombinant enzyme was performed through the hydrolysis of synthetic substrates Z-Leu-Arg-MCA and Z-Phe-Arg-MCA (Z = Carbobenzoxy; MCA = 7-amido-4-methylcoumarin), as well as the use of substrates with intramolecular fluorescence suppression AbzKVRSSKQEDDnp, AbzKLRSSKQ-EDDnp and AbzKIRSSKQ-EDDnp (ABZ = Ortoaminobenzoic acid; EDDnp = Ethylene diamine [2,4-dinitrophenyl]). The best catalytic efficiency (Kcat/Km) of the enzyme was found using the substrate AbzKIRSSKQ-EDDnp that has a isoleucine residue at position P2, showing that the recombinant enzyme (HISCPXAC) prefer aliphatic amino acid residue in this position. Inhibitory experiments of enzyme activity were performed using different cysteine peptidase inhibitors including CaneCPI-1, CaneCPI-2, CaneCPI-3, CaneCPI-4 and E-64 (L- transepoxysuccinyl-leucylamido-[4- guanidino]butane), resulting in a constant of inhibition (Ki) of 84.64, 0.088, 0.10, 0.012 and 1.214 nM respectively. The polyclonal antibody anti- HISCPXAC was produced in mouse and Western blotting analysis revealed that the antibody was able to recognize the recombinant purified cysteine peptidase and also the native cysteine peptidase from Xanthomonas citri ssp. citri strain 306 cultivated in media inductor of pathogenicity. The same antibody did not recognize the protein in a Xac knockout strain for the cysteine peptidase gene. Our results suggest that the cysteine peptidase from Xanthomonas citri ssp. citri may be involved in the bacteria infection and/or virulence. / Uma das doenças que afeta a citricultura é o cancro cítrico, causada pela bactéria fitopatogênica Xanthomonas citri subsp. citri (Xac). Os sintomas mais comuns desta doença são a desfolhamento, morte dos galhos e queda prematura dos frutos. O processo de infecção dessa bactéria não foi totalmente elucidado, porém, já existem relatos do envolvimento de peptidases no processo de infecção e virulência. O seqüenciamento do genoma da bactéria Xanthomonas citri subsp. citri, possibilitou a detecção de um gene que codifica uma enzima do tipo cisteíno peptidase, possivelmente envolvida no processo de infecção. Com o objetivo de caracterizar esta enzima e verificar seu possível envolvimento no processo de infecção foram realizadas: a expressão recombinante em Pichia pastoris, purificação da proteína e estudos de caracterização enzimática. A caracterização cinética da enzima recombinante foi realizada, por meio da hidrólise dos substratos sintéticos Z-Leu-Arg-MCA e Z-Phe-Arg-MCA (Z= Carbobenzoxicarbonil; MCA= 7-amino-4-metil-coumarina), assim como dos substratos com supressão intramolecular de fluorescência AbzKVRSSKQ-EDDnp, AbzKLRSSKQ-EDDnp e AbzKIRSSKQ-EDDnp (Abz= ácido orto-amino benzóico; EDDnp= N-[2,4-dinitrofenil]-etilenodiamino). A melhor eficiência catalítica (Kcat/Km) da enzima foi verificada com o uso do substrato AbzKIRSSKQ-EDDnp, o qual possui um resíduo de isoleucina na posição P2, indicando que a enzima recombinante (HISCPXAC) tem uma preferência por resíduos de aminoácidos alifáticos nesta posição. Foram realizados também experimentos de inibição da atividade enzimática com diferentes inibidores de cisteíno peptidases incluindo CaneCPI-1, CaneCPI-2, CaneCPI-3, CaneCPI-4 e E-64 (transepoxi-succinil-L-leucilamido-(4-guanidino) butano), resultando nas constantes de inibição (Ki) de 84.64, 0.088, 0.10, 0.012 e 1.214 nM, respectivamente. Além disso, foram produzidos anticorpos policlonais anti-HISCPXAC e análises de Western blotting revelaram que esse anticorpo reconheceu a cisteíno peptidase recombinante purificada e também a cisteíno peptidase nativa de Xanthomonas citri subsp. citri cepa 306 cultivada em meio indutor de patogenicidade. Os mesmos anticorpos não foram capazes de reconhecer a proteína em uma cepa de Xac que possui o gene da cisteíno peptidase interrompido (knockout), a qual, em estudos anteriores, se mostrou ser menos virulenta que a Xac 306. Os presentes resultados sugerem que a cisteíno peptidase em estudo pode estar envolvida no processo de infecção e/ou virulência de Xanthomonas citri subsp. citri.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Biologia Celular, Programa de Pós-graduação em Biologia Molecular, 2015. / Submitted by Aline Girardi (alinegirardiunb@gmail.com) on 2015-04-01T19:26:55Z No. of bitstreams: 1 2015_LuízaCescaPiva.pdf: 2317519 bytes, checksum: 29251421288ca0cf8f14fde7573ec0cb (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2015-04-01T19:50:02Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_LuízaCescaPiva.pdf: 2317519 bytes, checksum: 29251421288ca0cf8f14fde7573ec0cb (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-01T19:50:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_LuízaCescaPiva.pdf: 2317519 bytes, checksum: 29251421288ca0cf8f14fde7573ec0cb (MD5) / A levedura Pichia pastoris tem sido bastante explorada na produção de proteínas heterólogas, graças a algumas vantagens apresentadas por esse sistema, tais como: técnicas de manipulação genética disponíveis, crescimento em altas densidades celulares, realização de modificações pós-traducionais e secreção eficiente de proteínas. Contudo, esse sistema ainda possui algumas limitações no que se refere às ferramentas de genética molecular. Por exemplo, para que diversas modificações sejam introduzidas na mesma linhagem, faz-se necessário o uso de múltiplas marcas de seleção ou de estratégias que permitam a sua reutilização. Em Pichia, o uso de marcas recicláveis ainda é limitado. Nesse contexto, destaca-se o gene amdS (acetamidase) de Aspergillus nidulans, que permite a seleção de fungos em meio de cultura contendo acetamida como única fonte de nitrogênio e a contrasseleção em meio contendo a droga fluoroacetamida. Em conjunto com a contrasseleção do gene amdS, o sistema Cre-loxP de recombinação sítio-específica pode ser utilizado para facilitar a excisão da marca de seleção. Neste trabalho, o uso da marca amdS foi testado em P. pastoris e, como prova de conceito, foi feita a deleção do gene ADE2, uma carboxilase envolvida na síntese “de novo” de purinas. Primeiramente, uma ORF endógena que codifica para uma amidase putativa foi deletada. Em seguida, foi construído um vetor contendo um cassete com o gene amdS flanqueado por sítios loxP além do gene repórter EGFP para testar a eficiência da marca em P. pastoris. A construção amdS-loxP foi também utilizada em cassetes de deleção para os genes ADE2 e URA5. Após a deleção do gene ADE2, um plasmídeo replicativo contendo o gene da recombinase CreA (pYRCre2) foi utilizado para a excisão da marca, para permitir a reutilização do gene amdS em outros eventos de deleção. A integração do vetor contendo o gene amdS mostrou que esta nova marca de seleção é aplicável em P. pastoris com a vantagem de permitir a contrasseleção de transformantes após o uso do sistema de recombinação Cre-loxP. Esta nova ferramenta traz alternativas na manipulação genética da levedura reduzindo problemas como a necessidade de expressão de diversas marcas dominantes. / The yeast Pichia pastoris has been widely explored for the production of heterologous proteins due to certain advantages presented by this system, such as: molecular genetic techniques available, growth at high cell densities, post-translational modifications and efficient protein secretion. However, this system still has some limitations related to the tools used for genetic modifications. For example, in order for many genetic modifications to be done in the same strain, one needs to use multiple selection marks or strategies that allow marker reusing. In Pichia, the use of recyclable markers is still limited. The amdS gene from Aspergillus nidulans stands out in this context because it allows the selection of fungi in medium that contains acetamide as sole nitrogen source, as well as the counterselection in medium that contains the drug fluoroacetamide. Along with the counterselection property of the amdS gene, the Cre-loxP site-specific recombination system can be used to help in selection marker excision. In this work, the amdS selection mark was tested in P. pastoris and, as proof of concept, the ADE2 gene coding for a carboxylase involved in purine synthesis was deleted. Firstly, an endogenous ORF coding for a putative amidase was deleted. Subsequently, a vector containing a cassette with the amdS gene flanked by loxP sites and a EGFP gene was constructed in order to test the selection marker in P. pastoris. The amdS-loxP construction was also used in deletion cassettes for ADE2 and URA5 genes. After the ADE2 gene deletion, a replicative plasmid containing the CreA recombinase gene (pYRCre2) was used for marker excision, allowing the use of the amdS gene in further gene deletion events. Integration of the vector containing the amdS gene showed that this new selection marker is applicable in P. pastoris with the advantage of allowing counterselection after using the Cre-loxP recombination system. This new tool brings an alternative for P. pastoris genetic manipulation, reducing problems such as the expression of many dominant selection markers simultaneously.