一個密碼子對應一個氨基酸，但一個氨基酸可能對應多個密碼子，基因蛋白質(zhì)表達量有所差異時可通過改變基因的密碼子來提高目的蛋白的表達量。隨著生命科學、生物技術(shù)的快速發(fā)展，人們對于機體生理生化機制認識更加深入，也為密碼子優(yōu)化策略提供新的指導，泓迅生物為大家分享的是我司最新推出的密碼子優(yōu)化升級版——密碼子優(yōu)化2.0，快來了解一下吧！

密碼子優(yōu)化策略

1. 密碼子偏向性

每一個宿主細胞會有一套自己的密碼子使用頻率表，在宿主細胞里，使用頻率高的密碼子（最佳密碼子）其對應的tRNA豐度高，由使用頻率高的密碼子組成的mRNA，其蛋白表達也會很高。密碼子適應指數(shù)CAI（Codon Adaption Index）指的是異源mRNA序列中密碼子和宿主細胞最佳密碼子使用頻率的相符程度，通常情況下，CAI≥0.80被認為是預測重組蛋白高效表達的標準，所以密碼子優(yōu)化的最基本原則就是用宿主細胞中使用頻率高的同義密碼子去替換外源mRNA序列中密碼子，保證外源mRNA序列中的密碼子和宿主細胞的密碼子使用偏向性更加契合，避免稀有密碼子。

2. mRNA二級結(jié)構(gòu)

mRNA二級結(jié)構(gòu)是影響翻譯過程的重要因素，復雜穩(wěn)定的二級結(jié)構(gòu)會阻礙翻譯過程的順利進行，特別是核糖體綁定位點（RBS）附近的二級結(jié)構(gòu)。mRNA二級結(jié)構(gòu)在DNA序列中主要表現(xiàn)為發(fā)卡結(jié)構(gòu)（Hairpin），有效識別并盡可能的減少發(fā)卡結(jié)構(gòu)是密碼子優(yōu)化軟件優(yōu)劣的重要判斷標準。

3.GC含量

AT間存在2個氫鍵，GC間存在3個氫鍵，所以GC含量直接影響著DNA序列的結(jié)合穩(wěn)定性和退火溫度。在啟動子等保守區(qū)域GC含量相對較高。另外，GC含量也影響著mRNA熱力學穩(wěn)定性及mRNA二級結(jié)構(gòu)。研究表明，GC含量大于70%會造成RNA二級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增加，減慢或暫停翻譯；而GC含量小于30%，則會減慢轉(zhuǎn)錄延伸，也不利于蛋白表達。在真核生物中，還有一些對轉(zhuǎn)錄有重要影響的元件，如CpG島，TATA盒等重復序列，對序列的GC含量也非常重要。

泓迅生物密碼子優(yōu)化2.0

泓迅生物圍繞密碼子偏好性、GC含量、串聯(lián)短重復序列、發(fā)夾結(jié)構(gòu)等影響異源蛋白表達的因素進行算法設(shè)計，自主開發(fā)的NG^TMCodon密碼子優(yōu)化技術(shù)，可顯著提高原核蛋白的成功率和蛋白可溶性。

未經(jīng)密碼子優(yōu)化與密碼子優(yōu)化2.0對比

1.蛋白R0103，分子量53.48kDa，未優(yōu)化序列分別構(gòu)建于pET-28a（+）載體，采用37℃及16℃兩種條件進行異源蛋白表達，未優(yōu)化的序列未見目的蛋白表達，經(jīng)過泓迅生物NG^TMCodon密碼子優(yōu)化2.0在37℃和16℃均有顯著目標蛋白表達。

2.蛋白R0118，分子量35.77kDa，未優(yōu)化序列分別構(gòu)建于pET-28a（+）載體，采用37℃及16℃兩種條件進行異源蛋白表達，未優(yōu)化的序列未見目的蛋白表達，經(jīng)過泓迅生物NG^TMCodon密碼子優(yōu)化2.0在37℃和16℃均有顯著目標蛋白表達，可溶性蛋白表達比例較高。

參考文獻

[1] Hongguang Fu, Yanbing Liang, Xiuqin Zhong, et al. Codon optimization with deep learning to enhance protein expression. Sci Rep. 2020. 10: 17617.

[2] Yi Liu, Qian Yang, and Fangzhou Zhao. Synonymous but not silent: the codon usage code for gene expression and protein folding. Annu Rev Biochem. 2021. 90: 375–401.