Araştırma Makalesi
BibTex RIS Kaynak Göster

İnsan İnsülin Hormonu Öncülerinin Pichia pastoris AOX1 Promotoru Altında Klonlanması, Ekspresyonu ve Biyoreaktörde Üretimi

Yıl 2018, , 1190 - 1196, 20.09.2018
https://doi.org/10.19113/sdufenbed.472329

Öz

İnsülin
pankreasın beta hücrelerinden üretilen ve vücutta glukoz dengesini sağlayan
önemli bir peptit hormondur. Pankreasın yeterli miktarda insülin üretememesi ya
da hücrelerin üretilen insüline cevap verememesi sonucu kan glukoz düzeyinin
yükselmesiyle diyabet adı verilen metabolik bir hastalık meydana gelir.
Günümüzde bu hastalığın tedavisinde insülin hormonu kullanılmaktadır. İnsülin
hormonu genetik mühendisliği teknikleri kullanılarak rekombinant olarak
üretilen ilk proteindir. İlk olarak Escherichia
coli
ve Saccharomyces cerevisiae’da üretilmeye başlanmış, ancak son zamanlarda rekombinant insülin üretiminde Pichia pastoris (Komagataella phaffi) ’in  kullanımı
yaygınlaşmıştır. Bu çalışmada, insan insülin hormonu öncülerinin (IP) P. pastoris’in metanol ile
indüklenebilir AOX1 promotoru altında
üretimini sağlamak amacıyla; bu proteini kodlayan DNA fragmenti transformasyon
ve ligasyon gibi moleküler biyoloji teknikleri kullanılarak plazmide aktarılarak
istenen proteini kodlayan bir ekspresyon vektörü elde edilmiştir. Ekspresyon
vektörünün lityum asetat yöntemiyle yetenekli hale getirilen P. pastoris X33 suşuna elektroporasyonla
transferi sağlanmıştır. 5L ölçekli biyoreaktörde yapılan protein ekspresyonu
çalışması sonrasında alınan örnekler SDS-PAGE ve ELISA yöntemleriyle analiz
edilmiş ve 7.5 mg/L IP proteini üretildiği tespit edilmiştir.

Kaynakça

  • [1] Brownlee, M. 2001. Biochemsitry and molecular cell biology of diabetic complications. Nature, 414, 813-820.
  • [2] Ahmad, B. 2004. Pharmacology of insülin. Br J Diabetes Vasc Dis, 4, 10-14.
  • [3] Kjeldsen, T. 2000. Yeast secretory expression of insulin precursors. Appl Microbiol Biotechnol, 54, 277-286.
  • [4] Heinemann, L., Richter, B. 1993. Clinical pharmacology of human insulin. Diabetes Care, 16(3), 90-100.
  • [5] Walsh, G. Therapeutic insulins and their large-scale manufacture. Appl Microbiol Biotechnol, 67, 151-159.
  • [6] Ferrer-Miralles, N., Domingo-Espin, J., Corchero, J.L., Vazquez, E., Villaverde, A. 2009. Microbial factories for recombinant pharmaceuticals. Microb Cell Fact, 8, 17.
  • [7] Goeddel, D.V., Kleid, D.G., Bolivar, F., Heyneker, H.L., Yansura, D.G., Crea, R., Hirose, T., Kraszewski, A., Itakura, K., Riggs, A.D. 1979. Expression in Escherichia coli of chemically synthesized genes for human insulin, Proc Natl Acad Sci USA, 76, 106-110.
  • [8] Schmidt, M., Babu, K.R., Khanna, N., Marten, S., Rinas, U. 1999. Temperature-induced production of recombinant human insulin in high-cell density cultures of recombinant Escherichia coli. J Biotechnol, 68, 71-83.
  • [9] Thim, L., Hansen, M.T., Norris, K., Hoegh, I., Boel, E., Forstrom, J., Ammerer, G., Fiil, N.P. 1986. Secretion and processing of insulin precursors in yeast. Proc Natl Acad Sci USA, 83, 6766-6770.
  • [10] Kjeldsen, T., Brandt, J., Andersen, A.S., Egel-Mitani, M., Hach, M., Frost-Petterson, A., Vad, K. 1996. A removable spacer peptide in an 0 -factor-leader/insulin precursor fusion protein improves processing and concomitant yield of the insulin precursor in Saccharomyces cerevisiae. Gene, 170, 107-112.
  • [11] Kjeldsen, T., Frost-Petterson, A., Hach, M., Diers, I., Havelund, S., Hansen, P.H., Andersen, A.S. 1997. Synthetic leaders with potential bip binding mediate high-yield secretion of correctly folded insulin precursors from Saccharomyces cerevisiae. Protein Expression And Purification. 9, 331–336.
  • [12] Kjeldsen, T., Frost-Petterson, A., Hach, M. 1999. Secretory expression and characterization of insulin in Pichia pastoris. Biotechnol Appl Biochem. 29, 79-86.
  • [13] Wang, Y., Liang, Z.H., Zhang, Y.S., Yao, S.Y., Xu, Y.G., Tang, Y.H., Zhu, S.Q., Cui, D.F., Feng, Y.M. 2001. Human insulin from a precursor overexpressed in the methylotrophic yeast Pichia pastoris and a simple procedure for purifying the expression product. Biotechnol Bioeng. 73, 74–79.
  • [14] Pais, J.M., Varas, L., Valde´s, J., Cabello, C., Rodriguez, L., Mansur, M. 2003. Modeling of mini-proinsulin production in Pichia pastoris using the AOX promoter. Biotechnol Lett. 25, 251-255.
  • [15] Gurramkonda, C., Polez, S., Skoko, N., Adnan, A., Gabel, T., Chugh, D., Swaminathan, S., Khanna, N., Tisminetzky, S., Rinas, U. 2010. Application of simple fed-batch technique to high-level secretory production of insulin precursor using Pichia pastoris with subsequent purification and conversion to human insülin. Microbial Cell Factories, 9(31), 1-11.
  • [16] Weydemann, U., Keup, P., Piontek, M., Strasser, A.W.M., Schweden, J., Gellissen, G., Janowicz, Z.A. 1995. High-level secretion hirudin by Hansenula polymorpha-authentic processing of three different preprohirudins. Appl Microbiol Biotechnol, 44, 377-385.
  • [17] Gellissen, G., Melber, K. 1996. Methylotrophic yeast Hansenula polymorpha as production organism for recombinant pharmaceuticals. Arzneimittelforschung, 46, 943-948.
  • [18] Raymond, C.K., Bukowski, T., Holderman, S.D., Ching, A.F.T., Vanaja, E., Stamm, M.R. 1998. Development of the Methylotrophic Yeast Pichia methanolica for the Expression of the 65 Kilodalton Isoform of Human Glutamate Decarboxylase. Yeast, 14, 11-23.
  • [19] Hagenson, M..J. 1991. Production of recombinant proteins in the methylotrophic yeast Pichia pastoris. Bioprocess Technol, 12, 193-212.
  • [20] Cregg, J.M., Vedvick, T.S., Raschke, W.C. 1993. Recent advances in the expression of foreign genes in Pichia pastoris. Bio/Technol, 11, 905–910.
  • [21] Cereghino, J.L., Cregg, J.M. 2000. Heterologous protein expression in the methylotrophic yeast Pichia pastoris. FEMS Microbiology Reviews, 24, 45-66.
  • [22] Schagger, H., Von Jagow, G. 1987. Tricine-sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis for the separation of proteins in the range from 1 to 100 kDa. Analytical Biocehmistry, 166(2); 368-379.
  • [23] Pais-Chanfrau, J.M., Garcia, Y., Licor, L., Besada, V., Castellanos-Serra, L., Cabello, C.I., Hernandez, L., Mansur, M., Plana, L., Hidalgo, A., Tambara, Y., Abrahantes-Perez, M., Toro, Y., Valdes, J., Martinez, E. 2004. Improving the expression of mini-proinsulin in Pichia pastoris. Biotechnology Letters, 26, 1269-1272.
  • [24] Xie, T., Liu, Q., Xie, F., Liu, H., Zhang, Y. 2008. Secretory expression of insulin precursor in Pichia pastoris and simple procedure for producing recombinant human insulin. Preparative Biochemistry & Biotechnology, 38, 308-317.
  • [25] Annibali, N. 2006. Expression of a human insulin precursor in P. Pastoris. United States Patent, Patent No: US 7,091,032 B2.
  • [26] Annibali, N., Goin, M., Trejo, G., Carrizo, F., Baruque, D., Morales, A. 2011. Process for obtaining aspart insulin using a pichia pastoris yeast strain,United States Patent Application Publication, Pub No: US/2011/0117600.

Cloning, Expression and Production in a Bioreactor of Human Insulin Precursor in Pichia pastoris under AOX1 Promoter

Yıl 2018, , 1190 - 1196, 20.09.2018
https://doi.org/10.19113/sdufenbed.472329

Öz

Insulin is a peptide hormone, produced by beta cells
of the pancreas, and regulates the glucose homeostasis in the body. Diabetes
mellitus is a metabolic disease in which a person has high blood sugar, either
because the pancreas does not produce enough insulin, or because cells do not
respond to produced insulin. At the present time, insulin is used to treatment
of this disease. Insulin hormone is first protein produced recombinantly by
using genetic engineering techniques. Firstly, it was produced in E. coli and
Saccharomyces
cerevisiae,
but
recently the number of studies that used Pichia
pastoris (Komagataella phaffi
) in the production of recombinant insulin
increase. In this study, in order to produce human insulin hormone precursor
(IP) under the  inducible AOX1 promoter in P. pastoris, an expression vector encoding desired protein was
obtained by transferring DNA fragment coding this protein to the plasmid using
molecular biology techniques such as transformation and ligation. Expression
vector was transferred via electroporation to Pichia pastoris  X33 strain
which rendered by lithium acetate method. After protein expression study in 5L
bioreactor, obtained samples were analyzed with SDS-PAGE and ELISA methods and
determined 7.5 mg/L protein produced.

Kaynakça

  • [1] Brownlee, M. 2001. Biochemsitry and molecular cell biology of diabetic complications. Nature, 414, 813-820.
  • [2] Ahmad, B. 2004. Pharmacology of insülin. Br J Diabetes Vasc Dis, 4, 10-14.
  • [3] Kjeldsen, T. 2000. Yeast secretory expression of insulin precursors. Appl Microbiol Biotechnol, 54, 277-286.
  • [4] Heinemann, L., Richter, B. 1993. Clinical pharmacology of human insulin. Diabetes Care, 16(3), 90-100.
  • [5] Walsh, G. Therapeutic insulins and their large-scale manufacture. Appl Microbiol Biotechnol, 67, 151-159.
  • [6] Ferrer-Miralles, N., Domingo-Espin, J., Corchero, J.L., Vazquez, E., Villaverde, A. 2009. Microbial factories for recombinant pharmaceuticals. Microb Cell Fact, 8, 17.
  • [7] Goeddel, D.V., Kleid, D.G., Bolivar, F., Heyneker, H.L., Yansura, D.G., Crea, R., Hirose, T., Kraszewski, A., Itakura, K., Riggs, A.D. 1979. Expression in Escherichia coli of chemically synthesized genes for human insulin, Proc Natl Acad Sci USA, 76, 106-110.
  • [8] Schmidt, M., Babu, K.R., Khanna, N., Marten, S., Rinas, U. 1999. Temperature-induced production of recombinant human insulin in high-cell density cultures of recombinant Escherichia coli. J Biotechnol, 68, 71-83.
  • [9] Thim, L., Hansen, M.T., Norris, K., Hoegh, I., Boel, E., Forstrom, J., Ammerer, G., Fiil, N.P. 1986. Secretion and processing of insulin precursors in yeast. Proc Natl Acad Sci USA, 83, 6766-6770.
  • [10] Kjeldsen, T., Brandt, J., Andersen, A.S., Egel-Mitani, M., Hach, M., Frost-Petterson, A., Vad, K. 1996. A removable spacer peptide in an 0 -factor-leader/insulin precursor fusion protein improves processing and concomitant yield of the insulin precursor in Saccharomyces cerevisiae. Gene, 170, 107-112.
  • [11] Kjeldsen, T., Frost-Petterson, A., Hach, M., Diers, I., Havelund, S., Hansen, P.H., Andersen, A.S. 1997. Synthetic leaders with potential bip binding mediate high-yield secretion of correctly folded insulin precursors from Saccharomyces cerevisiae. Protein Expression And Purification. 9, 331–336.
  • [12] Kjeldsen, T., Frost-Petterson, A., Hach, M. 1999. Secretory expression and characterization of insulin in Pichia pastoris. Biotechnol Appl Biochem. 29, 79-86.
  • [13] Wang, Y., Liang, Z.H., Zhang, Y.S., Yao, S.Y., Xu, Y.G., Tang, Y.H., Zhu, S.Q., Cui, D.F., Feng, Y.M. 2001. Human insulin from a precursor overexpressed in the methylotrophic yeast Pichia pastoris and a simple procedure for purifying the expression product. Biotechnol Bioeng. 73, 74–79.
  • [14] Pais, J.M., Varas, L., Valde´s, J., Cabello, C., Rodriguez, L., Mansur, M. 2003. Modeling of mini-proinsulin production in Pichia pastoris using the AOX promoter. Biotechnol Lett. 25, 251-255.
  • [15] Gurramkonda, C., Polez, S., Skoko, N., Adnan, A., Gabel, T., Chugh, D., Swaminathan, S., Khanna, N., Tisminetzky, S., Rinas, U. 2010. Application of simple fed-batch technique to high-level secretory production of insulin precursor using Pichia pastoris with subsequent purification and conversion to human insülin. Microbial Cell Factories, 9(31), 1-11.
  • [16] Weydemann, U., Keup, P., Piontek, M., Strasser, A.W.M., Schweden, J., Gellissen, G., Janowicz, Z.A. 1995. High-level secretion hirudin by Hansenula polymorpha-authentic processing of three different preprohirudins. Appl Microbiol Biotechnol, 44, 377-385.
  • [17] Gellissen, G., Melber, K. 1996. Methylotrophic yeast Hansenula polymorpha as production organism for recombinant pharmaceuticals. Arzneimittelforschung, 46, 943-948.
  • [18] Raymond, C.K., Bukowski, T., Holderman, S.D., Ching, A.F.T., Vanaja, E., Stamm, M.R. 1998. Development of the Methylotrophic Yeast Pichia methanolica for the Expression of the 65 Kilodalton Isoform of Human Glutamate Decarboxylase. Yeast, 14, 11-23.
  • [19] Hagenson, M..J. 1991. Production of recombinant proteins in the methylotrophic yeast Pichia pastoris. Bioprocess Technol, 12, 193-212.
  • [20] Cregg, J.M., Vedvick, T.S., Raschke, W.C. 1993. Recent advances in the expression of foreign genes in Pichia pastoris. Bio/Technol, 11, 905–910.
  • [21] Cereghino, J.L., Cregg, J.M. 2000. Heterologous protein expression in the methylotrophic yeast Pichia pastoris. FEMS Microbiology Reviews, 24, 45-66.
  • [22] Schagger, H., Von Jagow, G. 1987. Tricine-sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis for the separation of proteins in the range from 1 to 100 kDa. Analytical Biocehmistry, 166(2); 368-379.
  • [23] Pais-Chanfrau, J.M., Garcia, Y., Licor, L., Besada, V., Castellanos-Serra, L., Cabello, C.I., Hernandez, L., Mansur, M., Plana, L., Hidalgo, A., Tambara, Y., Abrahantes-Perez, M., Toro, Y., Valdes, J., Martinez, E. 2004. Improving the expression of mini-proinsulin in Pichia pastoris. Biotechnology Letters, 26, 1269-1272.
  • [24] Xie, T., Liu, Q., Xie, F., Liu, H., Zhang, Y. 2008. Secretory expression of insulin precursor in Pichia pastoris and simple procedure for producing recombinant human insulin. Preparative Biochemistry & Biotechnology, 38, 308-317.
  • [25] Annibali, N. 2006. Expression of a human insulin precursor in P. Pastoris. United States Patent, Patent No: US 7,091,032 B2.
  • [26] Annibali, N., Goin, M., Trejo, G., Carrizo, F., Baruque, D., Morales, A. 2011. Process for obtaining aspart insulin using a pichia pastoris yeast strain,United States Patent Application Publication, Pub No: US/2011/0117600.
Toplam 26 adet kaynakça vardır.

Ayrıntılar

Birincil Dil Türkçe
Bölüm Makaleler
Yazarlar

Aysun Türkanoğlu Özçelik

Ayşe Torun Bu kişi benim

Semiramis Yılmaz Bu kişi benim

Mehmet İnan Bu kişi benim

Yayımlanma Tarihi 20 Eylül 2018
Yayımlandığı Sayı Yıl 2018

Kaynak Göster

APA Türkanoğlu Özçelik, A., Torun, A., Yılmaz, S., İnan, M. (2018). İnsan İnsülin Hormonu Öncülerinin Pichia pastoris AOX1 Promotoru Altında Klonlanması, Ekspresyonu ve Biyoreaktörde Üretimi. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 22(3), 1190-1196. https://doi.org/10.19113/sdufenbed.472329
AMA Türkanoğlu Özçelik A, Torun A, Yılmaz S, İnan M. İnsan İnsülin Hormonu Öncülerinin Pichia pastoris AOX1 Promotoru Altında Klonlanması, Ekspresyonu ve Biyoreaktörde Üretimi. Süleyman Demirel Üniv. Fen Bilim. Enst. Derg. Eylül 2018;22(3):1190-1196. doi:10.19113/sdufenbed.472329
Chicago Türkanoğlu Özçelik, Aysun, Ayşe Torun, Semiramis Yılmaz, ve Mehmet İnan. “İnsan İnsülin Hormonu Öncülerinin Pichia Pastoris AOX1 Promotoru Altında Klonlanması, Ekspresyonu Ve Biyoreaktörde Üretimi”. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 22, sy. 3 (Eylül 2018): 1190-96. https://doi.org/10.19113/sdufenbed.472329.
EndNote Türkanoğlu Özçelik A, Torun A, Yılmaz S, İnan M (01 Eylül 2018) İnsan İnsülin Hormonu Öncülerinin Pichia pastoris AOX1 Promotoru Altında Klonlanması, Ekspresyonu ve Biyoreaktörde Üretimi. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 22 3 1190–1196.
IEEE A. Türkanoğlu Özçelik, A. Torun, S. Yılmaz, ve M. İnan, “İnsan İnsülin Hormonu Öncülerinin Pichia pastoris AOX1 Promotoru Altında Klonlanması, Ekspresyonu ve Biyoreaktörde Üretimi”, Süleyman Demirel Üniv. Fen Bilim. Enst. Derg., c. 22, sy. 3, ss. 1190–1196, 2018, doi: 10.19113/sdufenbed.472329.
ISNAD Türkanoğlu Özçelik, Aysun vd. “İnsan İnsülin Hormonu Öncülerinin Pichia Pastoris AOX1 Promotoru Altında Klonlanması, Ekspresyonu Ve Biyoreaktörde Üretimi”. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 22/3 (Eylül 2018), 1190-1196. https://doi.org/10.19113/sdufenbed.472329.
JAMA Türkanoğlu Özçelik A, Torun A, Yılmaz S, İnan M. İnsan İnsülin Hormonu Öncülerinin Pichia pastoris AOX1 Promotoru Altında Klonlanması, Ekspresyonu ve Biyoreaktörde Üretimi. Süleyman Demirel Üniv. Fen Bilim. Enst. Derg. 2018;22:1190–1196.
MLA Türkanoğlu Özçelik, Aysun vd. “İnsan İnsülin Hormonu Öncülerinin Pichia Pastoris AOX1 Promotoru Altında Klonlanması, Ekspresyonu Ve Biyoreaktörde Üretimi”. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, c. 22, sy. 3, 2018, ss. 1190-6, doi:10.19113/sdufenbed.472329.
Vancouver Türkanoğlu Özçelik A, Torun A, Yılmaz S, İnan M. İnsan İnsülin Hormonu Öncülerinin Pichia pastoris AOX1 Promotoru Altında Klonlanması, Ekspresyonu ve Biyoreaktörde Üretimi. Süleyman Demirel Üniv. Fen Bilim. Enst. Derg. 2018;22(3):1190-6.

e-ISSN :1308-6529
Linking ISSN (ISSN-L): 1300-7688

Dergide yayımlanan tüm makalelere ücretiz olarak erişilebilinir ve Creative Commons CC BY-NC Atıf-GayriTicari lisansı ile açık erişime sunulur. Tüm yazarlar ve diğer dergi kullanıcıları bu durumu kabul etmiş sayılırlar. CC BY-NC lisansı hakkında detaylı bilgiye erişmek için tıklayınız.