Renaud Vincentelli, Philippe Cuniasse, Carole Fruchart-Gaillard, Muriel Gondry, Badreddine Douzi, Mireille Moutiez, Fabrice Beau, François Fenaille, Natalie J. Saez, Vincent Dive, Denis Servent, Hervé Nozach, Robert Thai, Oscar H. P. Ramos, Service d'Ingénierie Moléculaire pour la Santé (ex SIMOPRO) (SIMoS), Médicaments et Technologies pour la Santé (MTS), Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Service de Pharmacologie et Immunoanalyse (SPI), Laboratoire Chimie pour le Vivant, ingénierie moléculaire pour la santé (LCV), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Médicaments et Technologies pour la Santé (MTS), Architecture et fonction des macromolécules biologiques (AFMB), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Enzymologie et Biosynthèse Peptidique Non Ribosomale (BIOSYN), Département Microbiologie (Dpt Microbio), Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), This work was supported by the ANR PFTV, the GIS IBiSA and by INSTRUCT (ESFRI), ANR-10-INBS-0005,FRISBI,Infrastructure Française pour la Biologie Structurale Intégrée(2010), European Project: 278346,EC:FP7:HEALTH,FP7-HEALTH-2011-two-stage,VENOMICS(2011), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Médicaments et Technologies pour la Santé (MTS), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and ANR-10-INBS-05-01/10-INBS-0005,FRISBI,Infrastructure Française pour la Biologie Structurale Intégrée(2010)
International audience; BackgroundDisulfide-rich proteins or DRPs are versatile bioactive compounds that encompass a wide variety of pharmacological, therapeutic, and/or biotechnological applications. Still, the production of DRPs in sufficient quantities is a major bottleneck for their complete structural or functional characterization. Recombinant expression of such small proteins containing multiple disulfide bonds in the bacteria E. coli is considered difficult and general methods and protocols, particularly on a high throughput scale, are limited.ResultsHere we report a high throughput screening approach that allowed the systematic investigation of the solubilizing and folding influence of twelve cytoplasmic partners on 28 DRPs in the strains BL21 (DE3) pLysS, Origami B (DE3) pLysS and SHuffle® T7 Express lysY (1008 conditions). The screening identified the conditions leading to the successful soluble expression of the 28 DRPs selected for the study. Amongst 336 conditions tested per bacterial strain, soluble expression was detected in 196 conditions using the strain BL21 (DE3) pLysS, whereas only 44 and 50 conditions for soluble expression were identified for the strains Origami B (DE3) pLysS and SHuffle® T7 Express lysY respectively. To assess the redox states of the DRPs, the solubility screen was coupled with mass spectrometry (MS) to determine the exact masses of the produced DRPs or fusion proteins. To validate the results obtained at analytical scale, several examples of proteins expressed and purified to a larger scale are presented along with their MS and functional characterization.ConclusionsOur results show that the production of soluble and functional DRPs with cytoplasmic partners is possible in E. coli. In spite of its reducing cytoplasm, BL21 (DE3) pLysS is more efficient than the Origami B (DE3) pLysS and SHuffle® T7 Express lysY trxB - /gor - strains for the production of DRPs in fusion with solubilizing partners. However, our data suggest that oxidation of the proteins occurs ex vivo. Our protocols allow the production of a large diversity of DRPs using DsbC as a fusion partner, leading to pure active DRPs at milligram scale in many cases. These results open up new possibilities for the study and development of DRPs with therapeutic or biotechnological interest whose production was previously a limitation.