【3月·相约杭州】技术突破：珀罗汀实现无细胞蛋白表达结合纳米盘超高效率表达全长膜蛋白

膜蛋白在细胞的许多生命活动中发挥着重要作用，例如物质跨膜运输、信号转导。由于膜蛋白存在疏水性的跨膜结构域（TMD），重组膜蛋白表达往往存在表达量低、构象不稳定的难点。

无细胞蛋白表达（CFPS）是一种体外直接合成蛋白质的生物反应。 该技术将细胞内合成蛋白所需要的RNA聚合酶、核糖体及转录翻译辅助因子等分子机器提取出来，并辅以核苷酸、氨基酸、能量物质及基因模板，在没有活细胞参与的体外合成蛋白质。

CFPS可控性、开放性高，可以在 体系中直接添加去垢剂或纳米盘 ，为膜蛋白提供类膜环境，从而 实现全长膜蛋白可溶性表达。

图1 无细胞体系表达膜蛋白 ^[1]

近日，珀罗汀生物在自研无细胞体系中加入Nanodisc，成功表达了某融合绿色荧光蛋白（GFP）的膜蛋白，并验证了该膜蛋白成功组装进纳米盘。如图2所示，该膜蛋白在无去垢剂与纳米盘的CFPS体系中沉淀表达，而添加表面活性剂或纳米盘后均可实现可溶表达，且添加纳米盘时表达情况优于去垢剂组。

图2 CFPS+Nanodisc表达情况

本实验所用膜支架蛋白（MSP）带有His纯化标签，而融合GFP的膜蛋白无His纯化标签。如图3所示，经镍珠亲和纯化后，胶图有明显目标膜蛋白条带，表明通过MSP的His标签纯化到了目标膜蛋白，即 目标膜蛋白成功组装在纳米盘中！

图3 CFPS+Nanodisc组装情况

纳米盘（Nanodisc）是由膜支架蛋白（MSP）和磷脂分子组成的圆盘状类膜结构，能够为膜蛋白提供稳定、接近天然的膜环境。

图4 Nanodisc结构示意图 ^[2]

无细胞体系 允许膜蛋白表达与组装进Nanodisc同时进行 。 珀罗汀生物通过在无细胞体系中直接加入Nanodisc，已实现表达出的膜蛋白直接组装在纳米盘中。与基于细胞系统的Nanodisc平台相比，无细胞表达偶联Nanodisc组装的方案 避免了在表达后用去垢剂溶解膜蛋白 的额外流程，减少了对膜蛋白构象的影响，大大降低了膜蛋白纯化难度。

从此，对于中国生命科学研究者而言，膜蛋白表达百分百不再被卡脖子！

参考文献：

[1] Manzer ZA, Selivanovitch E, Ostwalt AR, Daniel S. Membrane protein synthesis: no cells required. Trends Biochem Sci. 2023 Jul;48(7):642-654. doi: 10.1016/j.tibs.2023.03.006. Epub 2023 Apr 20. PMID: 37087310.

[2] Gulezian E, Crivello C, Bednenko J, Zafra C, Zhang Y, Colussi P, Hussain S. Membrane protein production and formulation for drug discovery. Trends Pharmacol Sci. 2021 Aug;42(8):657-674. doi: 10.1016/j.tips.2021.05.006. PMID: 34270922.

珀罗汀生物于2017年在苏州工业园区成立，是一家专业的无细胞蛋白表达生物技术公司。公司拥有国家高层次领军人才、海归博士等人才组成的专业技术团队，以自主研发独具特色的无细胞蛋白表达技术平台为依托，为广大生物医药、合成生物学等企业、研究机构 提供无细胞蛋白表达产品、蛋白原料试剂及定制化服务。

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