RF1 knockout allows ribosomal incorporation of unnatural amino acids at multiple sites

释放系数 遗传密码 氨基酸 终止密码子 转移RNA 大肠杆菌 生物 蛋白质生物合成 背景(考古学) 遗传学 基因 生物化学 核糖核酸 古生物学
作者
David B. Johnson,Jianfeng Xu,Zhouxin Shen,Jeffrey K. Takimoto,Matthew D. Schultz,Robert J. Schmitz,Zheng Xiang,Joseph R. Ecker,Steven P. Briggs,Lei Wang
出处
期刊:Nature Chemical Biology [Springer Nature]
卷期号:7 (11): 779-786 被引量:322
标识
DOI:10.1038/nchembio.657
摘要

Nonsense suppression, or reassigning stop codons to encode for other amino acids, offers a method for expanding the genetic code of proteins. Deletion of release factor 1 in an Escherichia coli strain enables the incorporation of non-natural amino acids into proteins at multiple sites. Stop codons have been exploited for genetic incorporation of unnatural amino acids (Uaas) in live cells, but their low incorporation efficiency, which is possibly due to competition from release factors, limits the power and scope of this technology. Here we show that the reportedly essential release factor 1 (RF1) can be knocked out from Escherichia coli by 'fixing' release factor 2 (RF2). The resultant strain JX33 is stable and independent, and it allows UAG to be reassigned from a stop signal to an amino acid when a UAG-decoding tRNA-synthetase pair is introduced. Uaas were efficiently incorporated at multiple UAG sites in the same gene without translational termination in JX33. We also found that amino acid incorporation at endogenous UAG codons is dependent on RF1 and mRNA context, which explains why E. coli tolerates apparent global suppression of UAG. JX33 affords a unique autonomous host for synthesizing and evolving new protein functions by enabling Uaa incorporation at multiple sites.

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