Cloning, expression and characterization of sericin like octamer-repeat protein

Abstract

Silk proteins are natural polymers which are synthesized by insects like silkworms and spiders. There are two proteins in the silk obtained from the cocoon of B. mori, these are silk fibroin and silk sericin. While the silk fibroin is the main part of the cocoon with a high commercial importance, sericin is the "glue" protein that holds fibroins together. Sericin has wide variety of applications from cosmetics to biomaterial research. Because of its high fibrillar structure, it can be used in wound healing or drug delivery studies. It can be obtained from the degumming process of cocoons which includes chemical treatment like alkali treatment and boiling, or biological treatment like enzymatic digestion. However, sericin obtained by these processes are not consistent in structure, and the sequence of the protein obtained depends on the extraction methodology and conditions. However, proteins obtained by recombinant production can be standardized, and repeat-chain length can be adjusted as desired. In this thesis study, a sericin like protein which includes eight repeats of the 38 amino acid sequence of the natural sericin was cloned and expressed in E. coli. The resulting protein, Ser-8mer, was analyzed in terms of fibril structure and secondary structure. It was found out that the protein has beta sheet conformation in contrast to commercial sericin with random coils. And as a result of this conformation, it forms insoluble self-assembled fibril structures which shows a promising contribution to the biomaterial research.

İpek poteinleri, ipek böcekleri tarafından sentezlenen doğal polimerlerdir. B. mori kozasından elde edilen ipek, fibroin ve serisin adı verilen iki temel proteinden oluşur. Fibroin, kozayı oluşturan ve ticari önemi yük- sek ana bileşen iken serisin, fibroinleri bir arada tutan "tutkal" görevi gören bir proteindir. Serisin, kozmetikten biyomalzeme araştırmalarına kadar geniş bir uygulama alanına sahiptir. Yüksek fiber yapısı nedeniyle yara iyileşmesi ve ilaç taşınımı çalışmaları için kullanılabilir. Serisin eldesi için alkali muamele ve kaynatma gibi kimyasal işlemler veya enzimatik sindirim gibi biyolojik işlemler kozalara uygulanabilir, bu işlemlere gam giderme adı verilir. Ancak bu işlemler sonucu elde edilen serisinin yapısı tutarlı değildir, amino asit dizisi ve elde edilen proteinin yapısı ekstraksiyon metodolojisine ve koşullarına bağlıdır. Öte yandan, rekombinant üretim ile elde edilen proteinler standardize edilebilir ve tekrarlayan zincir uzunluğu istendiği gibi ayarlanabilir. Bu çalışmada, doğal serisinin tekrar eden 38 amino asit dizisinin sekiz tekrarını içeren serisin benzeri bir protein klonlanmış ve E. coli bakterisinde eksprese edilmiştir. Elde edilen proteine Ser-8mer adı verilmiş, bu proteinin fibril yapısı ve ikincil yapı analizleri yapılmıştır. Rastgele sarmallara sahip ticari serisinin aksine, elde edilen proteinin beta yaprağı konformasyonuna sahip olduğu tespit edilmiştir. Bu konformasyonun bir sonucu olarak, proteininin çözünür olmayan ve kendi kendine birleşen fibril yapıları oluşturduğu da gözlenmiştir. Elde edilen proteinin yoğun fibril yapısından dolayı bu proteinin biyomalzeme çalışmalarına yararlı bir katkı sunacağı düşünülmektedir.