Tailoring the Saccharomyces cerevisiae endoplasmic reticulum for functional assembly of terpene synthesis pathway

内质网 未折叠蛋白反应 酿酒酵母 代谢工程 蛋白质工程 蛋白质生物合成 生物 蛋白质折叠 合成生物学 酵母 细胞生物学 生物化学 计算生物学
作者
Jae-Eung Kim,In-Seung Jang,Sohee Son,Young‐Joon Ko,Byung‐Kwan Cho,Sun Chang Kim,Ju Young Lee
出处
期刊:Metabolic Engineering [Elsevier BV]
卷期号:56: 50-59 被引量:168
标识
DOI:10.1016/j.ymben.2019.08.013
摘要

The endoplasmic reticulum (ER) is a dynamic organelle that synthesizes and folds proteins. An imbalance between the ER protein synthesis load and its folding capacity triggers the unfolded protein response, thereby restoring normal ER functions via size adjustment. Inspired by such inherent genetic programming events, we engineered Saccharomyces cerevisiae to expand the ER by overexpressing a key ER size regulatory factor, INO2. ER space expansion enhanced ER protein synthesis and folding capacity, and relieved metabolic constraints imposed by the limited enzyme abundance. Harnessing the yeast ER for metabolic engineering, we ultimately increased the production of squalene and cytochrome P450-mediated protopanaxadiol by 71-fold and 8-fold, compared to their respective control strains without overexpression of INO2. Furthermore, genome-wide transcriptome analysis of the ER-expanded strain revealed that the significant improvement in terpene production was associated with global rewiring of the metabolic network. Therefore, the yeast ER can be engineered as a specialized compartment for enhancing terpene production, representing new possibilities for the high-level production of other value-added chemicals.
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