一個密碼子對應(yīng)一個氨基酸，但一個氨基酸可能對應(yīng)多個密碼子，基因蛋白質(zhì)表達(dá)量有所差異時可通過改變基因的密碼子來提高目的蛋白的表達(dá)量。隨著生命科學(xué)、生物技術(shù)的快速發(fā)展，人們對于機(jī)體生理生化機(jī)制認(rèn)識更加深入，也為密碼子優(yōu)化策略提供新的指導(dǎo)，泓迅生物為大家分享的是我司最新推出的密碼子優(yōu)化升級版——密碼子優(yōu)化2.0，快來了解一下吧！

密碼子優(yōu)化策略

1. 密碼子偏向性

每一個宿主細(xì)胞會有一套自己的密碼子使用頻率表，在宿主細(xì)胞里，使用頻率高的密碼子（最佳密碼子）其對應(yīng)的tRNA豐度高，由使用頻率高的密碼子組成的mRNA，其蛋白表達(dá)也會很高。密碼子適應(yīng)指數(shù)CAI（Codon Adaption Index）指的是異源mRNA序列中密碼子和宿主細(xì)胞最佳密碼子使用頻率的相符程度，通常情況下，CAI≥0.80被認(rèn)為是預(yù)測重組蛋白高效表達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)，所以密碼子優(yōu)化的最基本原則就是用宿主細(xì)胞中使用頻率高的同義密碼子去替換外源mRNA序列中密碼子，保證外源mRNA序列中的密碼子和宿主細(xì)胞的密碼子使用偏向性更加契合，避免稀有密碼子。

2. mRNA二級結(jié)構(gòu)

mRNA二級結(jié)構(gòu)是影響翻譯過程的重要因素，復(fù)雜穩(wěn)定的二級結(jié)構(gòu)會阻礙翻譯過程的順利進(jìn)行，特別是核糖體綁定位點（RBS）附近的二級結(jié)構(gòu)。mRNA二級結(jié)構(gòu)在DNA序列中主要表現(xiàn)為發(fā)卡結(jié)構(gòu)（Hairpin），有效識別并盡可能的減少發(fā)卡結(jié)構(gòu)是密碼子優(yōu)化軟件優(yōu)劣的重要判斷標(biāo)準(zhǔn)。

3.GC含量

AT間存在2個氫鍵，GC間存在3個氫鍵，所以GC含量直接影響著DNA序列的結(jié)合穩(wěn)定性和退火溫度。在啟動子等保守區(qū)域GC含量相對較高。另外，GC含量也影響著mRNA熱力學(xué)穩(wěn)定性及mRNA二級結(jié)構(gòu)。研究表明，GC含量大于70%會造成RNA二級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增加，減慢或暫停翻譯；而GC含量小于30%，則會減慢轉(zhuǎn)錄延伸，也不利于蛋白表達(dá)。在真核生物中，還有一些對轉(zhuǎn)錄有重要影響的元件，如CpG島，TATA盒等重復(fù)序列，對序列的GC含量也非常重要。

泓迅生物密碼子優(yōu)化2.0

泓迅生物圍繞密碼子偏好性、GC含量、串聯(lián)短重復(fù)序列、發(fā)夾結(jié)構(gòu)等影響異源蛋白表達(dá)的因素進(jìn)行算法設(shè)計，自主開發(fā)的NG^TMCodon密碼子優(yōu)化技術(shù)，可顯著提高原核蛋白的成功率和蛋白可溶性。

未經(jīng)密碼子優(yōu)化與密碼子優(yōu)化2.0對比

1.蛋白R0103，分子量53.48kDa，未優(yōu)化序列分別構(gòu)建于pET-28a（+）載體，采用37℃及16℃兩種條件進(jìn)行異源蛋白表達(dá)，未優(yōu)化的序列未見目的蛋白表達(dá)，經(jīng)過泓迅生物NG^TMCodon密碼子優(yōu)化2.0在37℃和16℃均有顯著目標(biāo)蛋白表達(dá)。

2.蛋白R0118，分子量35.77kDa，未優(yōu)化序列分別構(gòu)建于pET-28a（+）載體，采用37℃及16℃兩種條件進(jìn)行異源蛋白表達(dá)，未優(yōu)化的序列未見目的蛋白表達(dá)，經(jīng)過泓迅生物NG^TMCodon密碼子優(yōu)化2.0在37℃和16℃均有顯著目標(biāo)蛋白表達(dá)，可溶性蛋白表達(dá)比例較高。

參考文獻(xiàn)

[1] Hongguang Fu, Yanbing Liang, Xiuqin Zhong, et al. Codon optimization with deep learning to enhance protein expression. Sci Rep. 2020. 10: 17617.

[2] Yi Liu, Qian Yang, and Fangzhou Zhao. Synonymous but not silent: the codon usage code for gene expression and protein folding. Annu Rev Biochem. 2021. 90: 375–401.