タンパク質発現系の概要

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このページの最終更新日: 2024/07/26

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概要: タンパク質発現系とは

まずは、発現系を選択する必要がある。

大腸菌	大量培養が可能で、増殖も速いことがメリット。ただし、真核生物と系統的に遠いので、タンパク質に糖鎖修飾がつなかいなどの問題点も。
酵母	真核生物なので、真核生物のタンパク質は機能をもって発現させやすい。ただし、量や増殖速度の面では大腸菌に及ばない。
昆虫細胞
哺乳類細胞
in vitro

大腸菌発現系でよく用いられる pET システムの文献 (1) より。pET システムの詳細は IPTG による発現誘導のページにまとめた。大腸菌発現だけでなく、他の発現系に適用できる項目も含んでいる。

一般に、異種タンパク質を発現することは大腸菌によってストレスである。異種タンパク質自体が毒性をもっていることもあり、発現誘導前の異種タンパク質発現は、極力低く抑えるべきである。

これには、以下のような方法がある (1)。

図 (Public domain) のように、pET プラスミドにも lacI 遺伝子と lac operator を追加する。多くの pET ベクターはこの構造になっている。
pET プラスミドと和合性がある (大腸菌内で共存できる) pLysS または pLysE というプラスミドに、T7 RNA ポリメラーゼを阻害するリゾリームの遺伝子を入れ、これで大腸菌を形質転換する。おそらく、IPTG 誘導がかかったときの T7 RNA ポリメラーゼの発現は大量なので、タンパク質収量にはあまり影響せず、誘導前に少量転写されてしまう T7 RNA ポリメラーゼを阻害することのメリットが大きいと考えられる。
lac プロモーターは、培地中のグルコース不足で活性化する。これを防ぐために L8-UV5 という変異の入った lac プロモーターが使われているが、培地に終濃度 0.5 - 1% のグルコースを添加することで、さらにプロモーター活性を下げることができる。

発現させたタンパク質は、一般に正しい構造にフォールディングされなければ機能しない。しかし、とくに大量に発現させた場合、フォールディングがうまく行われないことがある。適切に折りたたまれていないタンパクは不溶化することが多い。

タンパク質のフォールディングについて、検討できるポイントは以下の通り。

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