Improving gene expression via Massively Parallel Synonymous Codon Variant Screening

通过大规模并行同义密码子变体筛选提高基因表达

基本信息

  • 批准号:
    9908223
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 29.86万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-03-01 至 2022-02-28
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Our overall goal is to reduce to practice an innovative new method for empirically identifying the optimal codon usage for any gene where the intent is to maximize protein accumulation, in either heterologous or homologous expression systems. In this Phase I project we explain how this method will work and demonstrate its usefulness by identifying highly expressing codon variants of a human Factor IX gene in both plant and mammalian expression systems. Our method is based on the observation that there is a high degree of correlation between accumulation of mRNA and protein in our plant transient expression system and there is literature support for such a correlation in mammalian and yeast systems as well. We recently found that when four divergent synonymous codon variants of one immunoglobulin heavy chain were expressed together in the same plant, the relative abundance of the four mRNAs was a close match for their relative abundance when expressed separately. From this we conceived of a new method that we call Massively Parallel Synonymous Codon Variant Screening (MPSCVS), which should allow the comparison of a very large number of different gene variants in a single experiment. Demonstration of our system will begin with a library of approximately 59,000 synonymous codon variants of Factor IX in an adeno-associated virus (AAV) gene therapy vector. We will use the AAV library to transduce the livers of mice in vivo. RNA will be isolated from the mouse livers. We will subclone an aliquot of the library into a plant expression vector and use that to transform Agrobacterium tumefaciens, which is used for plant (Nicotiana benthamiana) transformation. We will express the library transiently in tobacco leaves, harvest leaf tissue and isolate total RNA. The mRNA from both plants and human cells will be used to produce double stranded cDNA, which will be “counted” by next generation sequencing to identify the most abundant mRNAs in both systems. Clones of high-expressing codon variants will be tested for protein and RNA expression individually in the appropriate expression system. We will then analyze the degree of correlation between RNA and protein expression and determine the overall efficiency of MPSCVS in identifying the best expressing variants.
我们的总体目标是减少一种创新的新方法,以凭经验确定最佳 任何意图是在异源或异源或 同源表达系统。在这个阶段我的项目中,我们解释了这种方法将如何工作并证明 通过确定植物和植物中人为因素IX基因的高度表达密码子变体的有用性 哺乳动物表达系统。我们的方法是基于观察到高度相关性的观察结果 在我们的植物瞬态表达系统中mRNA和蛋白质的积累和文献之间 也支持哺乳动物和酵母系统中的这种相关性。我们最近发现,当四个 一个免疫球蛋白重链的发散合成密码子变体在同一 植物,四个mRNA的相对丰度与表达时相对丰度紧密匹配 分别地。由此,我们想到了一种新方法,我们称之为大规模并行同义密码子变体 筛选(MPSCV),该筛选应允许在A中比较大量不同的基因变体 单个实验。 我们系统的演示将以约59,000个同义密码子变体的库开头 腺相关病毒(AAV)基因治疗载体中IX因子IX的因子。我们将使用AAV库进行翻译 老鼠在体内的生活。 RNA将与鼠标隔离。我们将将图书馆的等分试样纳入 植物表达载体,并使用它来转化植物菌属,用于植物(烟草 本塔米亚纳的转变。我们将在烟叶,收获叶组织和 分离总RNA。来自植物和人类细胞的mRNA将用于产生双链cDNA, 下一代测序将“计算”这两个系统中最丰富的mRNA。 高表达密码子变体的克隆将在蛋白质和RNA表达中分别测试 适当的表达系统。然后,我们将分析RNA与蛋白质之间的相关程度 表达并确定MPSCV在识别最佳表达变体中的总体效率。

项目成果

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