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Expression des protéines

Vecteur d'expression protéique de mammifère avec promoteur CMV

Les progrès réalisés dans la génomique, le clonage et de nombreuses techniques de biologie moléculaire ont permis aux chercheurs d'exprimer des protéines étrangères dans divers systèmes biologiques. La possibilité d'exprimer des protéines recombinantes ouvre aux chercheurs un large éventail de puissantes applications en aval pour aller plus loin dans leurs recherches. La surexpression de protéines à petite échelle peut faciliter les études visant à élucider la fonction des protéines, tandis que la production de protéines à grande échelle est essentielle à la fabrication des enzymes, des anticorps et des vaccins. Tant dans le cas des systèmes d'expression à petite échelle qu'à grande échelle, il est très important de déterminer les conditions optimales de croissance cellulaire et d'expression des protéines. Indépendamment de la nature procaryote ou eucaryote du système d'expression requis pour les modifications post-traductionnelles, c'est le type de cellule qui déterminera en grande partie les outils et les réactifs nécessaires à l'expression optimale des protéines.


Articles techniques apparentés

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Protocoles apparentés


Vecteurs d'expression protéique

Les vecteurs d'expression, ou plasmides, sont des séquences d'ADN circulaires qui sont couramment utilisées par les chercheurs comme outil pour porter le gène codant la protéine d'intérêt. Ces plasmides qui contiennent le gène d'intérêt sont ensuite transformés ou transfectés dans des cellules pour surexprimer la protéine en question. Les plasmides contiennent plusieurs éléments utiles qui facilitent le clonage, la sélection clonale ainsi que l'expression et la purification des protéines, entre autres : un site de clonage multiple (MCS pour "Multiple Cloning Site"), des gènes de résistance aux antibiotiques utilisés pour la sélection clonale, des étiquettes uniques pour l'identification et la purification de la protéine d'intérêt, ainsi que de puissantes régions promotrices pour diriger l'expression protéique. Il existe une grande diversité de vecteurs d'expression protéique, bon nombre de ces éléments étant interchangeables selon les besoins de chaque application et le type de cellule utilisé pour l'expression des protéines.

Systèmes d'expression protéique bactériens, mammifères et autres

Avec une grande vitesse de croissance et une transfection plasmidique dans E. coli en quelques minutes, les bactéries sont l'organisme le plus utilisé pour la production de protéines recombinantes. Chez les bactéries, l'expression des protéines dépend des sous-unités ribosomales 30S et 50S du ribosome bactérien 70S. Pour empêcher la croissance des cellules non transfectées, des gènes de résistance aux antibiotiques sont introduits dans les plasmides et utilisés comme méthode de sélection pour identifier et isoler les bactéries qui ont intégré les plasmides contenant la séquence codant la protéine d'intérêt. Si un séquençage génétique complémentaire est souvent nécessaire pour confirmer la présence de la séquence génétique d'intérêt, de nombreux antibiotiques inhibant la synthèse des protéines chez les bactéries sont couramment utilisés pour éliminer les bactéries sans plasmide. Outre les bactéries, les types de cellules souvent employés pour l'expression des protéines incluent les levures, les cellules d'insectes et les cellules de mammifères. Cependant, contrairement aux bactéries, les lignées de cellules eucaryotes comportent des mécanismes moléculaires complémentaires qui créent des modifications post-traductionnelles (p. ex. glycosylation) et qui sont souvent essentiels à la fonction des protéines et à l'obtention de résultats pertinents dans les analyses en aval.

Applications d'expression de protéines recombinantes

Les protéines recombinantes sont des protéines qui sont codées dans le plasmide d'expression protéique ; elles ont été modifiées pour faciliter une expression et une purification optimales de la protéine ou mutées pour évaluer la fonction de la protéine d'intérêt. La possibilité de modifier la séquence codant la protéine en y ajoutant, en y retirant ou en y altérant un ou plusieurs nucléotides offre aux chercheurs un outil extrêmement puissant pour l'étude d'une multitude de questions en recherche fondamentale et l'identification de la fonction de la protéine, tant dans les tissus sains que pathologiques. Les ramifications de la technologie d'expression de protéines recombinantes s'étendent bien au-delà des applications de la recherche fondamentale et jouent un rôle clé dans la mise au point d'agents thérapeutiques et de vaccins qui sauvent des vies.