DOI: 10.1051/lait:2001111

Lait 81 (2001) 37-47

Optimisation de la production de protéines hétérologues exportées chez Lactococcus lactis par inactivation de HtrA, son unique protéase de ménage de surface

Isabelle Poquet^a, Alexander Bolotin^b and Alexandra Gruss<sup>a

a</sup>  Laboratoire de Génétique Appliquée - URLGA, INRA, Centre de Recherche de Jouy-en-Josas, 78352 Jouy-en-Josas Cedex, France
^b  Laboratoire de Génétique Microbienne, INRA, Centre de Recherche de Jouy-en-Josas, 78352 Jouy-en-Josas Cedex, France

Abstract
Optimising the production of heterologous exported proteins in Lactococcus lactis by inactivation of HtrA, the unique housekeeping surface protease. The use of bacteria as cell factories to produce heterologous exported proteins is often limited by extra-cellular proteolysis. We constructed a Lactococcus lactis mutant strain in which recombinant or heterologous exported proteins are stable. A previously unknown membrane protease belonging to the HtrA/DegP family (HtrA) was first identified in L. lactis subsp. lactis strain IL1403. Inactivation of the chromosomal gene revealed that HtrA acts as a surface housekeeping protease by elimination of abnormal and/or misfolded proteins, and that HtrA is also responsible for the maturation of natural exported proteins, such as the L. lactis bacteriolysin, AcmA. From an applied point of view, the most important result of our study is that in the absence of HtrA, the extra-cellular proteolysis of all tested proteins, in particular an heterologous one, is completely abolished, and the yield of intact protein is significantly increased. These results suggest that HtrA is the sole extra-cellular housekeeping protease in L. lactis, in agreement with the analysis of the complete IL1403 genome sequence. In the future, the mutant htrA strain should constitute an efficient tool to improve yields of heterologous exported proteins in L. lactis .

Résumé
L'utilisation des bactéries comme usines cellulaires pour produire des protéines hétérologues exportées est souvent limitée par des problèmes de dégradation extracellulaire. Chez Lactococcus lactis, nous avons construit une souche mutante qui permet d'exporter des protéines recombinantes ou hétérologues sous une forme stable. Nous avons d'abord identifié dans la souche IL1403 de L. lactis subsp. lactis une protéase membranaire de la famille HtrA/DegP jusqu'alors inconnue (HtrALl). L'inactivation de son gène a ensuite montré qu'elle assure, à la surface cellulaire, une fonction de ménage en éliminant des protéines anormales et/ou mal repliées, et qu'elle est aussi responsable de la maturation de protéines exportées naturelles, comme la bactériolysine AcmA de L. lactis. D'un point de vue appliqué, le résultat majeur de notre étude est qu'en l'absence de HtrA, la protéolyse de toutes les protéines exportées testées, dont en particulier une protéine hétérologue, est totalement abolie, et que le rendement en protéine intacte augmente significativement. Cela indique que HtrALl est l'unique protéase de ménage extracellulaire chez L. lactis, ce qui est en accord avec l'analyse du génome d'IL1403. à l'avenir, la souche mutante htrA de L. lactis devrait donc constituer un outil performant pour optimiser les rendements de production de protéines hétérologues exportées.

Key words: Lactococcus lactis HtrA / extra-cellular proteolysis / extra-cellular protein stability / production of heterologous proteins

Mots clés : Lactococcus lactis HtrA / protéolyse extracellulaire / stabilité des protéines extracellulaires / production de protéines hétérologues

Correspondence and reprints: Isabelle Poquet Tél. : (33) 1 34 65 20 74 ; fax : (33) 1 34 65 20 65 ; e-mail : poquet@biotec.jouy.inra.fr

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