Biomanufacturing of Therapeutically Relevant Chondroitin Sulfate C via Engineered Microbes

生物制造 生物化学 化学 硫酸软骨素 软骨素 生物过程 基质(水族馆) 跨膜蛋白 异源表达 鱼精蛋白硫酸盐 硫酸化 蛋白质工程 合成生物学 底物特异性 融合蛋白 代谢工程 组合化学 硫酸乙酰肝素 功能(生物学) 定向进化 生物过程工程
作者
Aditi Dey Tithi,Hana Zeghal,Yuefan Song,Elena E. Paskaleva,Sweta Vangaveti,Mattheos Koffas
出处
期刊:ACS Synthetic Biology [American Chemical Society]
卷期号:15 (3): 1104-1115
标识
DOI:10.1021/acssynbio.5c00780
摘要

Chondroitin sulfate C (CS–C) is a biologically significant glycosaminoglycan in which a precise 6-O-sulfation pattern confers critical structural and signaling functions in connective and neural tissues. Here, we report the first functional expression of human chondroitin 6-O-sulfotransferase-1 (C6ST-1) in Escherichia coli, enabling cell-free biosynthesis of CS–C. By applying structure-guided protein engineering combining transmembrane truncation, His6 -MBP fusion, and PROSS-directed stabilizing mutations, we generated a soluble and catalytically active variant in E. coli Origami B (DE3) and modified Shuffle T7 Express. Under optimized reaction conditions (MES buffer pH 5.5, 30 °C, Mg2+/Ca2+/Mn2+ with protamine sulfate), the engineered enzyme catalyzed up to 67% sulfation of chondroitin (CS–O) to CS–C, verified via SAX–HPLC. Kinetic and molecular dynamics analyses revealed enhanced substrate affinity and catalytic efficiency for the M9 Δ131 mutant. This study establishes a sustainable, animal-free platform for high-purity CS–C biomanufacturing and provides a generalizable strategy for engineering eukaryotic sulfotransferases for functional expression in bacterial hosts.
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