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Idrovo-Hidalgo T, Pignataro MF, Bredeston LM, Elias F, Herrera MG, Pavan MF, Foscaldi S, Suireszcz M, Fernández NB, Wetzler DE, Paván CH, Craig PO, Roman EA, Ruberto LAM, Noseda DG, Ibañez LI, Czibener C, Ugalde JE, Nadra AD, Santos J, D'Alessio C. Deglycosylated RBD produced in Pichia pastoris as a low-cost sera COVID-19 diagnosis tool and a vaccine candidate. Glycobiology 2024; 34:cwad089. [PMID: 37944064 DOI: 10.1093/glycob/cwad089] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Grants] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 06/26/2023] [Revised: 10/26/2023] [Accepted: 11/01/2023] [Indexed: 11/12/2023] Open
Abstract
During the COVID-19 outbreak, numerous tools including protein-based vaccines have been developed. The methylotrophic yeast Pichia pastoris (synonymous to Komagataella phaffii) is an eukaryotic cost-effective and scalable system for recombinant protein production, with the advantages of an efficient secretion system and the protein folding assistance of the secretory pathway of eukaryotic cells. In a previous work, we compared the expression of SARS-CoV-2 Spike Receptor Binding Domain in P. pastoris with that in human cells. Although the size and glycosylation pattern was different between them, their protein structural and conformational features were indistinguishable. Nevertheless, since high mannose glycan extensions in proteins expressed by yeast may be the cause of a nonspecific immune recognition, we deglycosylated RBD in native conditions. This resulted in a highly pure, homogenous, properly folded and monomeric stable protein. This was confirmed by circular dichroism and tryptophan fluorescence spectra and by SEC-HPLC, which were similar to those of RBD proteins produced in yeast or human cells. Deglycosylated RBD was obtained at high yields in a single step, and it was efficient in distinguishing between SARS-CoV-2-negative and positive sera from patients. Moreover, when the deglycosylated variant was used as an immunogen, it elicited a humoral immune response ten times greater than the glycosylated form, producing antibodies with enhanced neutralizing power and eliciting a more robust cellular response. The proposed approach may be used to produce at a low cost, many antigens that require glycosylation to fold and express, but do not require glycans for recognition purposes.
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Affiliation(s)
- Tommy Idrovo-Hidalgo
- Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Fisiología y Biología Molecular y Celular, Instituto de Biociencias, Biotecnología y Biología Traslacional (iB3), Universidad de Buenos Aires, Intendente Güiraldes 2160, C1428EGA, Buenos Aires, Argentina
| | - María F Pignataro
- Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Fisiología y Biología Molecular y Celular, Instituto de Biociencias, Biotecnología y Biología Traslacional (iB3), Universidad de Buenos Aires, Intendente Güiraldes 2160, C1428EGA, Buenos Aires, Argentina
- Facultad de Farmacia y Bioquímica, Departamento de Química Biológica, Universidad de Buenos Aires, Junín 965 C1113AAD. Buenos Aires, Argentina
| | - Luis M Bredeston
- Facultad de Farmacia y Bioquímica, Departamento de Química Biológica, Universidad de Buenos Aires, Junín 965 C1113AAD. Buenos Aires, Argentina
- Instituto de Química y Fisicoquímica Biológicas, (IQUIFIB), CONICET-Universidad de Buenos Aires, Junín 956 C1113AAD, Buenos Aires, Argentina
| | - Fernanda Elias
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas-Fundación Pablo Cassará, Instituto de Ciencia y Tecnología Dr. César Milstein, Saladillo 2468 C1440FFX, Buenos Aires, Argentina
| | - María G Herrera
- Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Fisiología y Biología Molecular y Celular, Instituto de Biociencias, Biotecnología y Biología Traslacional (iB3), Universidad de Buenos Aires, Intendente Güiraldes 2160, C1428EGA, Buenos Aires, Argentina
| | - María F Pavan
- Instituto de Química Física de los Materiales, Medio Ambiente y Energía (INQUIMAE), CONICET-Universidad de Buenos Aires, Intendente Güiraldes 2160, C1428EGA, Buenos Aires, Argentina
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Godoy Cruz 2290 C1425FQB, Buenos Aires, Argentina
| | - Sabrina Foscaldi
- Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Fisiología y Biología Molecular y Celular, Instituto de Biociencias, Biotecnología y Biología Traslacional (iB3), Universidad de Buenos Aires, Intendente Güiraldes 2160, C1428EGA, Buenos Aires, Argentina
| | - Mayra Suireszcz
- Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Fisiología y Biología Molecular y Celular, Instituto de Biociencias, Biotecnología y Biología Traslacional (iB3), Universidad de Buenos Aires, Intendente Güiraldes 2160, C1428EGA, Buenos Aires, Argentina
| | - Natalia B Fernández
- Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Fisiología y Biología Molecular y Celular, Instituto de Biociencias, Biotecnología y Biología Traslacional (iB3), Universidad de Buenos Aires, Intendente Güiraldes 2160, C1428EGA, Buenos Aires, Argentina
| | - Diana E Wetzler
- Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Química Biológica, Universidad de Buenos Aires, Intendente Güiraldes 2160, C1428EGA, Buenos Aires, Argentina
- Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN), CONICET-Universidad de Buenos Aires, Intendente Güiraldes 2160, C1428EGA, Buenos Aires, Argentina
| | - Carlos H Paván
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Godoy Cruz 2290 C1425FQB, Buenos Aires, Argentina
- Facultad de Farmacia y Bioquímica, LANAIS-PROEM, Instituto de Química y Fisicoquímica Biológicas, (IQUIFIB), CONICET-Universidad de Buenos Aires, Junín 956, C1113AAD, Buenos Aires, Argentina
| | - Patricio O Craig
- Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Química Biológica, Universidad de Buenos Aires, Intendente Güiraldes 2160, C1428EGA, Buenos Aires, Argentina
- Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN), CONICET-Universidad de Buenos Aires, Intendente Güiraldes 2160, C1428EGA, Buenos Aires, Argentina
| | - Ernesto A Roman
- Instituto de Química y Fisicoquímica Biológicas, (IQUIFIB), CONICET-Universidad de Buenos Aires, Junín 956 C1113AAD, Buenos Aires, Argentina
- Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Química Biológica, Universidad de Buenos Aires, Intendente Güiraldes 2160, C1428EGA, Buenos Aires, Argentina
| | - Lucas A M Ruberto
- Facultad de Farmacia y Bioquímica, Universidad de Buenos Aires, Junín 965, C1113AAD, Buenos Aires, Argentina
- Instituto de Nanobiotecnología (NANOBIOTEC), CONICET-Universidad de Buenos Aires, Junín 965, C1113AAD, Buenos Aires, Argentina
- Instituto Antártico Argentino, Ministerio de Relaciones Exteriores y Culto, Av. 25 de Mayo 1147, B1650HMP, San Martín, Prov. de Buenos Aires, Argentina
| | - Diego G Noseda
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Godoy Cruz 2290 C1425FQB, Buenos Aires, Argentina
- Instituto de Investigaciones Biotecnológicas (IIBio), Universidad Nacional de San Martín-CONICET, Av. 25 de Mayo y Francia S/N, B1650HMP, San Martín, Prov. de Buenos Aires, Argentina
| | - Lorena I Ibañez
- Instituto de Química Física de los Materiales, Medio Ambiente y Energía (INQUIMAE), CONICET-Universidad de Buenos Aires, Intendente Güiraldes 2160, C1428EGA, Buenos Aires, Argentina
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Godoy Cruz 2290 C1425FQB, Buenos Aires, Argentina
| | - Cecilia Czibener
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Godoy Cruz 2290 C1425FQB, Buenos Aires, Argentina
- Instituto de Investigaciones Biotecnológicas (IIBio), Universidad Nacional de San Martín-CONICET, Av. 25 de Mayo y Francia S/N, B1650HMP, San Martín, Prov. de Buenos Aires, Argentina
| | - Juan E Ugalde
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Godoy Cruz 2290 C1425FQB, Buenos Aires, Argentina
- Instituto de Investigaciones Biotecnológicas (IIBio), Universidad Nacional de San Martín-CONICET, Av. 25 de Mayo y Francia S/N, B1650HMP, San Martín, Prov. de Buenos Aires, Argentina
| | - Alejandro D Nadra
- Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Fisiología y Biología Molecular y Celular, Instituto de Biociencias, Biotecnología y Biología Traslacional (iB3), Universidad de Buenos Aires, Intendente Güiraldes 2160, C1428EGA, Buenos Aires, Argentina
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Godoy Cruz 2290 C1425FQB, Buenos Aires, Argentina
| | - Javier Santos
- Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Fisiología y Biología Molecular y Celular, Instituto de Biociencias, Biotecnología y Biología Traslacional (iB3), Universidad de Buenos Aires, Intendente Güiraldes 2160, C1428EGA, Buenos Aires, Argentina
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Godoy Cruz 2290 C1425FQB, Buenos Aires, Argentina
- Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Química Biológica, Universidad de Buenos Aires, Intendente Güiraldes 2160, C1428EGA, Buenos Aires, Argentina
| | - Cecilia D'Alessio
- Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Fisiología y Biología Molecular y Celular, Instituto de Biociencias, Biotecnología y Biología Traslacional (iB3), Universidad de Buenos Aires, Intendente Güiraldes 2160, C1428EGA, Buenos Aires, Argentina
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Godoy Cruz 2290 C1425FQB, Buenos Aires, Argentina
- Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Química Biológica, Universidad de Buenos Aires, Intendente Güiraldes 2160, C1428EGA, Buenos Aires, Argentina
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Placenti MA, Roman EA, González Flecha FL, González-Lebrero RM. Functional characterization of Legionella pneumophila Cu + transport ATPase. The activation by Cu + and ATP. BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA. BIOMEMBRANES 2022; 1864:183822. [PMID: 34826402 DOI: 10.1016/j.bbamem.2021.183822] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 08/04/2021] [Revised: 11/08/2021] [Accepted: 11/17/2021] [Indexed: 06/13/2023]
Abstract
Cu+-ATPases are integral membrane proteins belonging to the IB subfamily of the P-type ATPases that couple Cu+ transport to the hydrolysis of ATP. As some structural and functional particularities arise for Cu+-ATPases, several authors suggest that some of the reaction steps of the Albers-Post model postulated for other P-ATPases may be different. In this work we describe a functional characterization of Legionella pneumophila Cu+-ATPase (LpCopA), the first PIB-ATPase whose structure was determined by X-ray crystallography. Cu+-ATPase activity of the enzyme presents a maximum at ∼37 °C and pH 6.6-6.8. Phospholipids enhance LpCopA Cu+-ATPase activity in a non-essential mode where optimal activity is achieved at an asolectin molar fraction of 0.15 and an amphiphile-protein ratio of ~30,000. As described for other P-ATPases, Mg2+ acts as an essential activator. Furthermore, Cu+-ATPase activity dependence on [Cu+] and [ATP] can both be described by a sum of two hyperbolic functions. Based on that, and the [Cu+] and [ATP] dependencies of the best fitting parameters of the hyperbolae pointed above, we propose a minimal reaction scheme for the catalytic mechanism that shares the basic reaction steps of the Albers-Post model for P-type ATPases. The reaction scheme postulated contemplates two different binding affinities for a single ATP (apparent affinities of 0.66 and 550 μM at [Cu+] → ∞) and binding of at least 2 Cu+ with different affinities as well (apparent affinities of 1.4 and 102.5 μM at [ATP] → ∞).
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Affiliation(s)
- M Agueda Placenti
- Universidad de Buenos Aires, Facultad de Farmacia y Bioquímica, Departamento de Química Biológica, Buenos Aires, Argentina; Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas, Instituto de Química y Fisicoquímica Biológicas, Buenos Aires, Argentina
| | - Ernesto A Roman
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas, Instituto de Química y Fisicoquímica Biológicas, Buenos Aires, Argentina; Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Química Biológica, Buenos Aires, Argentina
| | - F Luis González Flecha
- Universidad de Buenos Aires, Facultad de Farmacia y Bioquímica, Departamento de Química Biológica, Buenos Aires, Argentina; Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas, Instituto de Química y Fisicoquímica Biológicas, Buenos Aires, Argentina.
| | - Rodolfo M González-Lebrero
- Universidad de Buenos Aires, Facultad de Farmacia y Bioquímica, Departamento de Química Biológica, Buenos Aires, Argentina; Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas, Instituto de Química y Fisicoquímica Biológicas, Buenos Aires, Argentina.
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