Tailored UPRE2 variants for dynamic gene regulation in yeast

未折叠蛋白反应 内质网 转录因子 生物 突变体 基因 发起人 细胞生物学 突变 酵母 遗传学 重组DNA 基因表达
作者
Chufan Xiao,Xiufang Liu,Yuyang Pan,Yanling Li,Ling Qin,Zhibo Yan,Yunzi Feng,Mouming Zhao,Mingtao Huang
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:121 (19) 被引量:1
标识
DOI:10.1073/pnas.2315729121
摘要

Genetic elements are foundational in synthetic biology serving as vital building blocks. They enable programming host cells for efficient production of valuable chemicals and recombinant proteins. The unfolded protein response (UPR) is a stress pathway in which the transcription factor Hac1 interacts with the upstream unfolded protein response element (UPRE) of the promoter to restore endoplasmic reticulum (ER) homeostasis. Here, we created a UPRE2 mutant (UPRE2m) library. Several rounds of screening identified many elements with enhanced responsiveness and a wider dynamic range. The most active element m84 displayed a response activity 3.72 times higher than the native UPRE2. These potent elements are versatile and compatible with various promoters. Overexpression of HAC1 enhanced stress signal transduction, expanding the signal output range of UPRE2m. Through molecular modeling and site-directed mutagenesis, we pinpointed the DNA-binding residue Lys60 in Hac1(Hac1-K60). We also confirmed that UPRE2m exhibited a higher binding affinity to Hac1. This shed light on the mechanism underlying the Hac1-UPRE2m interaction. Importantly, applying UPRE2m for target gene regulation effectively increased both recombinant protein production and natural product synthesis. These genetic elements provide valuable tools for dynamically regulating gene expression in yeast cell factories.
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