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Notes techniques - gènes personnalisés

Optimisation des codons pour l’expression des protéines

Expression hétérologue des protéines

Un projet d’expression hétérologue de protéines peut être exigeant. Parmi les nombreux facteurs qui influencent la réussite de l’expression, la séquence codante utilisée joue souvent un rôle central. Il peut être avantageux de redessiner ou de créer de novo une séquence d’ADN favorable à l’expression à partir de la séquence protéique.

Une expression faible ou absente, des protéines tronquées et des erreurs d’incorporation d’acides aminés sont les conséquences les plus courantes du biais de codons et d’un pool d’ARNt déséquilibré.

Ce problème a été largement étudié pour l’expression chez E. coli. Il est parfaitement illustré par les codons de l’arginine AGG et AGA, reconnus par le même ARNt, qui sont très rarement présents dans les ORF fortement exprimés d’E. coli alors qu’ils sont nettement plus fréquents chez de nombreux autres organismes. Il est donc souvent préférable de les remplacer par des codons plus fréquemment utilisés par l’organisme hôte, par exemple CGT ou CGC.

Fréquence des codons (AGG + AGA) (% de tous les codons Arg)
Hôte d'expression (gènes fortement exprimés, Henaut et Danchin, Escherichia coli and Salmonella, Vol. 2, Ch. 114:2047-2066, 1996)
E. coli0,9
Source du gène recombinant (fréquences de tous les gènes, www.kazusa.or.jp/codon/)
A. thaliana55
C. elegans37
D. melanogaster12
H. sapiens42
S. cerevisae69

Conception de gènes

Concevoir un gène qui exprimera une protéine recombinante dans un organisme donné revient à choisir le triplet le plus approprié pour chaque acide aminé. Avec 64 codons pour 20 aa plus les codons stop, il existe une flexibilité importante pour intégrer d’autres contraintes en plus de l’ajustement du biais de codons, notamment :

  • Ingénierie de gènes et de protéines : ajout ou suppression de motifs spécifiques (par exemple sites de restriction), étiquettes de purification, codons stop multiples, etc.
  • Fabrication du gène : maintien d’une teneur moyenne en GC, évitement des longues répétitions, palindromes, etc.
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