Engineered synthetic scaffolds for organizing proteins within the bacterial cytoplasm

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作者
Matthew J. Lee,Judith Mantell,Lorna Hodgson,Dominic Alibhai,Jordan M. Fletcher,Ian R. Brown,Stefanie Frank,Wei‐Feng Xue,Paul Verkade,Derek N. Woolfson,Martin J. Warren
出处
期刊:Nature Chemical Biology [Springer Nature]
卷期号:14 (2): 142-147 被引量:147
标识
DOI:10.1038/nchembio.2535
摘要

Two complementary coiled-coil peptides and a bacterial microcompartment shell protein are combined to construct cytoscaffolds within Escherichia coli cells. Targeting enzymes to the cytoplasmic scaffold results in colocalization and improved metabolic flux. We have developed a system for producing a supramolecular scaffold that permeates the entire Escherichia coli cytoplasm. This cytoscaffold is constructed from a three-component system comprising a bacterial microcompartment shell protein and two complementary de novo coiled-coil peptides. We show that other proteins can be targeted to this intracellular filamentous arrangement. Specifically, the enzymes pyruvate decarboxylase and alcohol dehydrogenase have been directed to the filaments, leading to enhanced ethanol production in these engineered bacterial cells compared to those that do not produce the scaffold. This is consistent with improved metabolic efficiency through enzyme colocation. Finally, the shell-protein scaffold can be directed to the inner membrane of the cell, demonstrating how synthetic cellular organization can be coupled with spatial optimization through in-cell protein design. The cytoscaffold has potential in the development of next-generation cell factories, wherein it could be used to organize enzyme pathways and metabolite transporters to enhance metabolic flux.
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