构建高效表达载体可提高哺乳动物细胞药用蛋白质产量

药用蛋白质具有生理活性强、疗效显著和安全性高等优点因而备受人们的重视,构建高效的哺乳动物表达载体是提高哺乳动物细胞药用蛋白质的主要手段。载体构建策略常以提高重组蛋白表达水平,增加工程细胞稳定性为主要目标。建立和优化高效的哺乳动物细胞表达载体策略如下:

1、在宿主细胞内扩充目的基因

建立和优化高效的表达载体系统是重组蛋白在哺乳动物细胞生产的关键,是抗体产业化的前提和瓶颈,也是提高重组蛋白在单细胞中的表达量的基础。人工构建的哺乳动物表达载体为穿梭载体,含有原核基因序列:大肠杆菌复制子及抗生素抗性基因等,这样便于载体在原核细胞中扩增和大量制备。美迪西提供蛋白表达服务其科研人员建立了成熟的杆状病毒-昆虫细胞表达服务平台,提供包括重组杆状病毒制备、重组蛋白及其复合物的表达与纯化服务。

另外含有能使外源基因在哺乳动物细胞中有效转录的启动子和增强子元件,以及终止子和加polyA信号序列。目前常见的哺乳动物细胞表达系统主要有二氢叶酸还原酶基因扩增系统及GS基因拷贝扩增系统,但是这两种扩增系统所需时间为6~12个月,蛋白的表达不能在早期得以预测,是此表达系统的限速步骤。造成限速的原因是由于基因的沉默现象产生了特定基因的转录降低或取消。导致基因沉默的主要原因是目的基因所插入位点染色体的结构。异染色质区DNA较浓缩、转录不活跃,而常染色区较松驰、转录活跃。国外最近一直在发展一次性表达的技术,以此来达到提速和优化的目的,方式一是通过在转录水平及翻译水平的修饰改构,如MARSSTARSUCOS等序列的添加;方式二是通过筛选标记基因的弱化来提高表达量;方式三是通过定点整合的方式来提高表达量。

2、使用杆状病毒载体表达系统生产药用蛋白质

传统质粒载体需要转染宿主细胞获得稳定表达,耗时费力,不利于医用蛋白质的大规模生产。目前,病毒载体主要以杆状病毒载体和慢病毒载体最为常用。

杆状病毒载体可以通过昆虫细胞大量制备病毒颗粒,感染多种哺乳动物细胞,并在合适的启动子控制下表达外源基因。加上杆状病毒载体具备基因组大、操作性好、靶向性强、生物安全性高等优点,已成为一项比较成熟、安全、经济、高效的蛋白质表达技术,被越来越多地应用于哺乳动物细胞生产多肽药物和疫苗等医用蛋白质的研制。截至到2011年,已经有19种商品化的杆状病毒表达载体系统得到广泛应用。

3、慢病毒载体用于哺乳动物细胞生产药用蛋白质

慢病毒载体因具有转导范围广、细胞毒性小、便于持久稳定表达等优点而被大量用于哺乳动物细胞生产医用蛋白质的研究。2011年,有研究者使用一种新型的慢病毒载体成功构建了一个快速高效生产活性重组蛋白质的哺乳动物细胞表达系统,结果显示该系统更加适用于生物物理学与临床研究。有研究者使用一种新型杂合启动子的质粒载体,促使神经胶质细胞源性神经营养因子转基因成功在猫神经祖细胞中持续稳定表达,该方法避免了慢病毒载体可能激活癌基因或失活抑癌基因的风险,同时也避免了使用质粒载体不能持续表达的缺点,明显提高了外源基因的表达效率。

哺乳动物细胞制备的蛋白质药物与天然蛋白质具有相似的理化性质和生物学功能,且质量高,通过对生产药用蛋白的哺乳动物表达载体的优化为达到高效、安全的使用哺乳动物细胞生产药用蛋白质提供了研究基础。