Engineering an SspB-mediated degron for novel controllable protein degradation

德隆 生物化学 蛋白质工程 等温滴定量热法 蛋白质水解 定向进化 蛋白质降解 化学 生物 生物物理学 突变体 细胞生物学 泛素 基因 泛素连接酶
作者
Yanyan Lei,Wei Chen,La Xiang,Jieyuan Wu,Zhen Zhen,Jian‐Ming Jin,Chaoning Liang,Shuang-Yan Tang
出处
期刊:Metabolic Engineering [Elsevier]
卷期号:74: 150-159 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.ymben.2022.10.013
摘要

Elegant controllable protein degradation tools have great applications in metabolic engineering and synthetic biology designs. SspB-mediated ClpXP proteolysis system is well characterized, and SspB acts as an adaptor tethering ssrA-tagged substrates to the ClpXP protease. This degron was applied in metabolism optimization, but the efficiency was barely satisfactory. Limited high-quality tools are available for controllable protein degradation. By coupling structure-guided modeling and directed evolution, we establish state-of-the-art high-throughput screening strategies for engineering both degradation efficiency and SspB-ssrA binding specificity of this degron. The reliability of our approach is confirmed by functional validation of both SspB and ssrA mutants using fluorescence assays and metabolic engineering of itaconic acid or ferulic acid biosynthesis. Isothermal titration calorimetry analysis and molecular modeling revealed that an appropriate instead of excessively strong interaction between SspB and ssrA benefited degradation efficiency. Mutated SspB-ssrA pairs with 7-22-fold higher binding KD than the wild-type pair led to higher degradation efficiency, revealing the advantage of directed evolution over rational design in degradation efficiency optimization. Furthermore, an artificial SspB-ssrA pair exhibiting low crosstalk of interactions with the wild-type SspB-ssrA pair was also developed. Efforts in this study have demonstrated the plasticity of SspB-ssrA binding pocket for designing high-quality controllable protein degradation tools. The obtained mutated degrons enriched the tool box of metabolic engineering designs.
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