Гликопротеиновые гормоны влияют на обмен веществ, овуляцию и формирование плаценты, участвуют в половом созревании и других процессах. Для получения этих соединений в медицинских целях — например, для терапии рака или гормональных нарушений, — используются клеточные культуры. Однако из-за сложного строения гормонов этой группы их промышленное производство трудоемкое и дорогое. Ученые из лаборатории биоинженерии клеток млекопитающих ФИЦ биотехнологии РАН разработали метод, позволяющий в разы повысить выработку нескольких гликопротеиновых гормонов в клетках яичника китайского хомячка (CHO). Исследование опубликовано в журнале PeerJ.
В семейство гликопротеиновых гормонов млекопитающих входят гормоны аденогипофиза передней доли гипофиза: тиреотропный (ТТГ), фолликулостимулирующий (ФСГ) и лютеинизирующий (ЛГ). Кроме того, к нему относится хорионический гонадотропин (ХГ), вырабатываемый плацентой. Эти гормоны применяются для терапии бесплодия и диагностики рака щитовидной железы. Рекомбинантные гликопротеиновые гормоны, которые используются в медицине, обычно производятся в культивируемых клетках яичника китайского хомячка (CHO). На уровне белковой структуры гликопротеиновые гормоны собраны из нескольких разных частей. Альфа-цепь в их составе имеет форму спирали и одинакова у всех гормонов этой группы, а вот бета-цепи, обладающие плоской укладкой, могут быть разными. Чтобы увеличить выработку нужных гормонов, ученые ищут способы заставить клетки-продуценты синтезировать достаточное количество цепей каждого вида, причем в нужном соотношении. Этой теме и была посвящено исследование сотрудников ФИЦ биотехнологии РАН.
«Для получения промышленно пригодных продуцентов терапевтических белков нужно вмешиваться в работу клеток млекопитающих на всех уровнях. Ранее мы разработали оригинальные регуляторные элементы для экспрессионных векторов, потом отредактировали геном клеток-хозяев (СНО), а в данной работе подбирали оптимальный сигнальный пептид для выработки нужных альфа- и бета-цепей. Белки, которые клетка выделяет во внешнюю среду, содержат специальную "метку для экспорта" — последовательность аминокислот, которая отрезается у зрелых белков. Мы предположили, что соотношение альфа- и бета-цепей зависит от нее», — рассказал соавтор исследования Иван Воробьев, заведующий лабораторией биоинженерии клеток млекопитающих ФИЦ биотехнологии РАН.
Сигнальный пептид — это фрагмент длиной 16-30 аминокислот, расположенный на конце белковой цепи. Он встречается у большинства белков, которые клетка собирается выделять (секретировать). Лаборатории уже удалось получить линии клеток-продуцентов для промышленного производства фолликулостимулирующего гормона и хорионического гонадотропина, однако при этом секретировались в основном альфа-цепи. В новой работе биологи предположили, что причина нехватки бета-цепей заключается в неоптимальных последовательностях аминокислот в составе таких сигнальных пептидов.
Ученые протестировали 16 вариантов генетических конструкций, кодирующих четыре гормона (ФСГ, ЛГ, ХГ и ТГ) с разными сигнальными пептидами бета-цепей. Сигнальный пептид из человеческого сывороточного альбумина, самого распространенного белка в плазме нашей крови, помог увеличить удельную продуктивность клеток на 60% для ХГ, в 4 раза для ЛГ, в 13 раз для ТТГ по сравнению с «родным» сигнальным пептидом от этих гормонов.
«Большую роль в работе сыграли молодые ученые Центра, которые успешно применяют фундаментальные результаты для решения практических задач. Первый автор статьи, Мария Синегубова, сейчас находится в командировке у нашего индустриального партнера, где помогает наладить биофармацевтическое производство другого терапевтического белка. Второй автор, Денис Колесов, который выполнил ряд вошедших в статью экспериментов в рамках дипломной работы, недавно успешно поступил в аспирантуру Центра и продолжает исследования путей модификации генома клеток млекопитающих для их применения в производстве терапевтических белков», — отметил заведующий лабораторией биоинженерии клеток млекопитающих ФИЦ Ббиотехнологии РАН Иван Воробьев.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
