Abstract

The yeast Pichia pastoris is a cost-effective and easily scalable system for recombinant protein production. In this work we compared the conformation of the receptor binding domain (RBD) from severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2) Spike protein expressed in P. pastoris and in the well established HEK-293T mammalian cell system. RBD obtained from both yeast and mammalian cells was properly folded, as indicated by UV-absorption, circular dichroism and tryptophan fluorescence. They also had similar stability, as indicated by temperature-induced unfolding (observed Tm were 50 °C and 52 °C for RBD produced in P. pastoris and HEK-293T cells, respectively). Moreover, the stability of both variants was similarly reduced when the ionic strength was increased, in agreement with a computational analysis predicting that a set of ionic interactions may stabilize RBD structure. Further characterization by high-performance liquid chromatography, size-exclusion chromatography and mass spectrometry revealed a higher heterogeneity of RBD expressed in P. pastoris relative to that produced in HEK-293T cells, which disappeared after enzymatic removal of glycans. The production of RBD in P. pastoris was scaled-up in a bioreactor, with yields above 45 mg/L of 90% pure protein, thus potentially allowing large scale immunizations to produce neutralizing antibodies, as well as the large scale production of serological tests for SARS-CoV-2.

Details

Title
Structural and functional comparison of SARS-CoV-2-spike receptor binding domain produced in Pichia pastoris and mammalian cells
Author
Arbeitman, Claudia R 1 ; Auge, Gabriela 2 ; Blaustein Matías 2 ; Bredeston Luis 3 ; Corapi, Enrique S 4 ; Craig, Patricio O 5 ; Cossio, Leandro A 6 ; Dain Liliana 7 ; D’Alessio Cecilia 2 ; Elias, Fernanda 8 ; Fernández, Natalia B 2 ; Gándola, Yamila B 4 ; Gasulla Javier 9 ; Gorojovsky Natalia 5 ; Gudesblat, Gustavo E 2 ; Herrera, María G 2 ; Ibañez, Lorena I 10 ; Idrovo Tommy 4 ; Rando Matías Iglesias 11 ; Kamenetzky, Laura 12 ; Nadra, Alejandro D 2 ; Noseda, Diego G 13 ; Paván, Carlos H 14 ; Pavan, María F 10 ; Pignataro, María F 4 ; Roman, Ernesto 15 ; Ruberto Lucas A M 16 ; Rubinstein, Natalia 2 ; Santos, Javier 17 ; Velazquez, Francisco 18 ; Zelada, Alicia M 6 

 Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.423606.5) (ISNI:0000 0001 1945 2152); GIBIO-Universidad Tecnológica Nacional-Facultad Regional Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.440485.9) (ISNI:0000 0004 0491 1565); Universität Kassel, Theoretical Physics and Center of Interdisciplinary Nanostructure Science and Technology, Kassel, Germany (GRID:grid.5155.4) (ISNI:0000 0001 1089 1036) 
 Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.423606.5) (ISNI:0000 0001 1945 2152); Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Fisiología y Biología Molecular y Celular, Instituto de Biociencias, Biotecnología y Biología Traslacional (iB3), Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.7345.5) (ISNI:0000 0001 0056 1981) 
 Universidad de Buenos Aires, Departamento de Química Biológica, Facultad de Farmacia y Bioquímica, Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.7345.5) (ISNI:0000 0001 0056 1981); CONICET-Universidad de Buenos Aires, Instituto de Química y Fisicoquímica Biológicas, (IQUIFIB), Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.473315.7) (ISNI:0000 0004 0483 8548) 
 Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Fisiología y Biología Molecular y Celular, Instituto de Biociencias, Biotecnología y Biología Traslacional (iB3), Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.7345.5) (ISNI:0000 0001 0056 1981) 
 Universidad de Buenos Aires, Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.7345.5) (ISNI:0000 0001 0056 1981); CONICET-Universidad de Buenos Aires, Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN), Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.7345.5) (ISNI:0000 0001 0056 1981) 
 Universidad de Buenos Aires, Departamento de Fisiología y Biología Molecular y Celular, Laboratorio de Agrobiotecnología, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.7345.5) (ISNI:0000 0001 0056 1981); CONICET-Universidad de Buenos Aires, Instituto de Biodiversidad y Biología Experimental y Aplicada (IBBEA), Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.7345.5) (ISNI:0000 0001 0056 1981) 
 Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.423606.5) (ISNI:0000 0001 1945 2152); Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Fisiología y Biología Molecular y Celular, Instituto de Biociencias, Biotecnología y Biología Traslacional (iB3), Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.7345.5) (ISNI:0000 0001 0056 1981); Centro Nacional de Genética Médica, Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.7345.5) 
 Instituto de Ciencia y Tecnología Dr. César Milstein (Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas-Fundación Pablo Cassará), Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.7345.5) 
 Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.423606.5) (ISNI:0000 0001 1945 2152); Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Fisiología y Biología Molecular y Celular, Instituto de Biociencias, Biotecnología y Biología Traslacional (iB3), Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.7345.5) (ISNI:0000 0001 0056 1981); Universidad Nacional de la Plata-CONICET, Centro de Investigaciones del Medio Ambiente (CIM), La Plata, Argentina (GRID:grid.9499.d) (ISNI:0000 0001 2097 3940) 
10  Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Instituto de Ciencia y Tecnología Dr. César Milstein, Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.423606.5) (ISNI:0000 0001 1945 2152); Medio Ambiente y Energía (INQUIMAE), CONICET-Universidad de Buenos Aires, Instituto de Química Física de los Materiales, Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.7345.5) (ISNI:0000 0001 0056 1981) 
11  Universidad de Buenos Aires, Departamento de Química Biológica, Facultad de Farmacia y Bioquímica, Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.7345.5) (ISNI:0000 0001 0056 1981); CONICET-Universidad de Buenos Aires, Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN), Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.7345.5) (ISNI:0000 0001 0056 1981) 
12  Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Fisiología y Biología Molecular y Celular, Instituto de Biociencias, Biotecnología y Biología Traslacional (iB3), Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.7345.5) (ISNI:0000 0001 0056 1981); CONICET-Universidad de Buenos Aires, Facultad de Medicina, Instituto de Investigaciones en Microbiología y Parasitología (IMPaM), Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.7345.5) (ISNI:0000 0001 0056 1981) 
13  Universidad Nacional de San Martín-CONICET, Instituto de Investigaciones Biotecnológicas (IIBio), Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.108365.9) (ISNI:0000 0001 2105 0048) 
14  Universidad de Buenos Aires, Facultad de Farmacia y Bioquímica, Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.7345.5) (ISNI:0000 0001 0056 1981); CONICET-Universidad de Buenos Aires, Facultad de Medicina, LANAIS-PROEM, Instituto de Química y Fisicoquímica Biológicas, (IQUIFIB), Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.473315.7) (ISNI:0000 0004 0483 8548) 
15  CONICET-Universidad de Buenos Aires, Instituto de Química y Fisicoquímica Biológicas, (IQUIFIB), Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.473315.7) (ISNI:0000 0004 0483 8548); Universidad de Buenos Aires, Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.7345.5) (ISNI:0000 0001 0056 1981) 
16  Universidad de Buenos Aires, Departamento de Microbiología, Inmunología, Biotecnología y Genética, Facultad de Farmacia y Bioquímica, Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.7345.5) (ISNI:0000 0001 0056 1981); Instituto de Nanobiotecnología (NANOBIOTEC), CONICET-Universidad de Buenos Aires, Facultad de Farmacia y Bioquímica, Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.7345.5) (ISNI:0000 0001 0056 1981); Instituto Antártico Argentino, Ministerio de Relaciones Exteriores y Culto, Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.469960.4) (ISNI:0000 0004 0445 9505) 
17  Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.423606.5) (ISNI:0000 0001 1945 2152); Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Fisiología y Biología Molecular y Celular, Instituto de Biociencias, Biotecnología y Biología Traslacional (iB3), Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.7345.5) (ISNI:0000 0001 0056 1981); Universidad de Buenos Aires, Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.7345.5) (ISNI:0000 0001 0056 1981) 
18  Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Fisiología y Biología Molecular y Celular, Instituto de Biociencias, Biotecnología y Biología Traslacional (iB3), Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.7345.5) (ISNI:0000 0001 0056 1981); CONICET-Universidad de Buenos Aires, Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN), Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.7345.5) (ISNI:0000 0001 0056 1981) 
Publication year
2020
Publication date
2020
Publisher
Nature Publishing Group
e-ISSN
20452322
Source type
Scholarly Journal
Language of publication
English
ProQuest document ID
2473305533
Copyright
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