Рекомбинантная плазмидная днк psv-dep-poly-neo, кодирующая эритропоэтин человека, штамм культивируемых клеток яичника китайского хомячка сно-ре - продуцент эритропоэтина человека
Изобретение относится к биотехнологии и молекулярной биологии, а именно к генной и клеточной инженерии, представляет интерес для получения рекомбинантного эритропоэтина (ЭП) человека, который может быть использован в медицинских и исследовательских целях. Сущность изобретения: путем клонирования Hind III - Bgl II фрагмента геномной человеческой ДНК, включающего полноразмерный ген эритропоэтина, в составе плазмиды pSV2gpt, удаления нетранслируемой 5'-фланкирующей области гена, добавления сигнала сплайсинга и сайта полиаденилирования ранних генов обезьяньего вируса SV40, а также слияния с ДНК pSV2neo получена рекомбинатная плазмида pSV-dEp-poly-NeO, обеспечивающая синтез в животных клетках рекомбинантного эритропоэтина человека. Путем контрансфекции плазмидами pSV-dEp-poly-NeO и pTKI (кодирует активную тимидин киназу вируса простого герпеса) культивируемых клеток китайского хомячка CHOtk-, проведения селекции трансфектантов в среде, содержащей антибиотик G 418, и последующей амплификации интегрированных последовательностей в среде, содержащей гипоксантин, аминоптерин и тимидин (ГАТ), получен штамм-продуцент СНО-РЕ, обеспечивающий синтез и секрецию в культуральную жидкость рекомбинантного эритропоэтина человека с выходом до 4 мг/л при стационарном культивировании. Полученный рекомбинантный гормон может быть использован в медицинских и исследовательских целях. 2 с.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к биотехнологии и молекулярной биологии, а именно к генной и клеточной инженерии, представляет интерес для получения рекомбинантного эритропоэтина (ЭП) человека, который может быть использован в медицинских и исследовательских целях.
В литературе описано несколько работ по экспрессии гена ЭП в животных клетках и по созданию штаммов-продуцентов рекомбинантного ЭП на основе клеток грызунов и приматов. Однако продуценты на основе линии клеток CHO (клетки яичника китайского хомячка) созданы лишь двумя группами исследователей. Авторы работ [1, 2] сконструировали плазмиду pDSVL-gHuEPO, содержащую полноразмерный ген ЭП человека под контролем промотора поздних генов вируса SV40, а также миниген дигидрофолат редуктазы (DHFR) мыши. После трансфекции экспрессирующим вектором pDSVL-gHuEPO клеток линии CHOdhfr- [3] и селекции в среде без нуклеозидов авторы получили клеточный клон, секретирующий рекомбинантный ЭП в культуральную жидкость c выходом 18,2 единицы активности (ед. акт. ) на мл. Путем проведения нескольких раундов амплификации в присутствии возрастающих концентраций метотрексата был получен штамм-продуцент, стабильно секретирующий ЭП с выходом до 100 ед.акт./мл. Авторы патента [4] для получения продуцента ЭП cконструировали плазмиду pRKEL13, содержащую кДНК гена ЭП под контролем основного позднего промотора аденовируса, сайт полиаденилирования, энхансер и участок инициации репликации вируса SV40, вирус-ассоциированный ген аденовируса, а также ген DHFR под контролем раннего промотора SV40. Путем трансфекции плазмидой pRKFL13 клеток CHOdhfr- [3] последующей селекцией трансфектантов в среде без нуклеотидов, а также проведения трех раундов амплификации в среде с метотрексатом, авторам удалось получить штамм-продуцент ЭП, секретирующий гормон с выходом до 50 ед/мл. К недостаткам описанных аналогов следует отнести невысокие уровни секреции рекомбинантного ЭП клетками-продуцентами, что значительно усложняет процедуры выделения и очистки гормона и делает продукт более дорогим. В качестве прототипа выбраны плазмидная ДНК pSVEpoI и штамм культивируемых клеток китайского хомячка BCKK(П) N16D2 продуцент ЭП человека, описанные в работе [5] Плазмида pSVEpoI получена путем клонирования HidIII BglII ДНК-фрагмента, длиной 3 тысячи нуклеотидных пар (т.н.п.), содержащего полный ген ЭП человека в составе вектора pSV2gpt [6, 7] по сайтам рестрикции HindIII и BamHI. Путем трансфекции рекомбинантной плазмидой pSVEpol клеток яичника китайского хомячка CHOtk- и последующей селекции трансфектантов в среде, содержащей гипоксантин, аминоптерин и тимидин (ГАТ), авторами отобран клон клеток CHO Epol, клетки которого стабильно продуцируют ЭП в культуральную среду с выходом до 10 12 ед.акт./мл. Недостатком штамма-продуцента, выбранного в качестве прототипа, является низкая продуктивность, что делает проблематичным его использование при крупномасштабном получении рекомбинантного ЭП человека. Недостатком рекомбинантной плазмиды-прототипа pSVpol является наличие протяженной 5'-фланкирующей области гена ЭП, которая отделяет промотор ранних генов обезьяньего вируса SV40 от первого экзона ЭП-гена [1] а также отсутствие в составе плазмиды эффективного сигнала сплайсинга и сайта полиаденилирования вслед за ЭП геном. Неоптимальное строение использованной генетической конструкции, по-видимому, и определяет низкий уровень продукции рекомбинантного ЭП в клетках-продуцентах. Цель изобретения упрощение и удешевление процессов получения рекомбинантного эритропоэтина человека за счет повышения уровня биологического синтеза эритропоэтина клетками-продуцентами. Цель достигается конструированием рекомбинантной плазмиды pSV-dEp-poly-Neo, в которой промотор ранних генов вируса SV40 приближен к структурной части полноразмерного гена ЭП человека, и в которой сразу за ЭП геном находится сигнал сплайсинга и сайт полиаденилирования ранней области вируса SV40. Такое сочетание регуляторных элементов определяет высокий уровень экспреcсии гена ЭП и эффективность синтеза рекомбинантного гормона в животных клетках. Цель достигается также за счет наличия в составе плазмиды pSV-dEp-poly-Neo активного гена аминогликозид-3'-фосфотрансферазы (neo), позволяющего проводить отбор трансфектантов в среде, содержащей антибиотик генетицин (G481). Цель достигается также одновременным использованием для трансфекции клеток линии CHOtk- плазмид pSV-dEp-poly-Neo и pTK1, первая из которых содержит ген ЭП и ген устойчивости к G418 (neo), а вторая активный ген тимидинкиназы вируса простого геpпеса [8] Использование для котрансфекции ДНК pTK1 позволяет проводить амплификацию чужеродных последовательностей, интегрированных в геном клетки, в среде, содержащей гипоксантин, аминоптерин и тимидин (ГАТ). Сочетание процессов трансфекции, селекции и амплификации позволяет получить линию клеток продуцентов CHO-PE, содержащих в своем геноме интегрированные копии гена ЭП и стабильно секретирующих рекомбинантный гормон в культуральную жидкость. Штамм-продуцент CHO-PE отличается от исходного штамма СHOtk- тем, что содержит интегрированные в геном копии плазмиды pSV-dEp-poly-Neo. Полученный штамм характеризуется следующими признаками: 1. Морфологические признаки. Культура представлена эпителиоподобными и веретеновидными клетками с крупными ядрами неправильной формы, содержащими от одного до трех ядрышек. Цитоплазма зернистая, вакуолизированная. 2. Культуральные признаки. Штамм COH-PE поддерживается на смеси отечественных сред Игла МЕМ (45%) и 199 (45%) с добавлением 10% сыворотки крупного рогатого скота (КРС), содержащей гипоксантин в концентрации 100 мкМ, аминоптерин 20 мкМ, и тимидин 100 мкМ (ГАТ). Клетки субстратзависимы, склонны к неравномерному росту, образуют многослойные островки. Отделение клеток от стекла или пластика проводят смесью 0,02% версена (2/3) и 0,25% трипсина (1/3), кратность рассева 1:4, посевная доза 100 тыс. клеток в 1 мл. Плотного монослоя культура достигает через 3 суток после посева. 3. Устойчивость к антибиотикам. Штамм проявляет устойчивость к генетицину (G418) в концентрации до 1 мг/мл, обусловленную наличием интегрированных в геном последовательностей ДНК. 4. Криоконсервация. Криоконсервирование проводят на среде Игла МЕМ (40%), 199 (40%) с добавлением 10% КРС. ГАТ и 10% глицерина в качестве криопротектора. Концентрация клеток 1 2 млн. в 1 мл. Жизнеспособными после восстановления остаются 95% клеток. 5. Кариологическая характеристика. Кариологический анализ штамма CHO-PE проводят на 10 и 20 пассажах. Модальный класс клеточной линии определен подсчетом числа хромосом в 100 метафазных пластинках. Распределение клеток по числу хромосом следующее: 28 хромосом 4 клетки, 29 хромосом 6 клеток, 30 хромосом 12 клеток, 31 хромосома 18 клеток, 32 хромосомы 17 клеток, 33 хромосомы 38 клеток, 34 хромосомы 3 клетки, 36 хромосом 1 клетка, 42 хромосомы 1 клетка. Модальный класс 33 хромосомы, 2n=22. 6. Контроль видовой идентичности. Соответствие виду подтверждается с помощью анализа электрофоретической подвижности изоферментов глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы и лактатдегидрогеназы в полиакриламидном геле (ПААГ). Клетки имеют изоферментный набор, характерный для клеток китайского хомячка. 7. Контаминация. При обследовании клеток штамма на стерильность (наличие бактерий, грибов, и микоплазмы) получают отрицательные результаты на уровнях 10 и 20 пассажей. Предложенная рекомбинантная плазмида pSV-dEp-poly-Neo и штамм культивируемых клеток китайского хомячка СHO-PE в советской и зарубежной литературе не описаны, следовательно они обладают существенными отличиями. Штамм депонирован в Специализированной коллекции перевиваемых соматических клеток позвоночных Всесоюзной коллекции клеточных культур под номером ВСКК/П/626Д. На фиг. 1. дано графическое изображение фрагмента геномной ДНК человека, содержащего ген ЭП. a структурная организация гена. Прямоугольникам I-V обозначены экзоны, темными блоками кодирующие области. б рестрикционная карта гена. Отмечены сайты узнавания рестриктаз: BgIII (B), BstEII (E), HindIII (H), KpnI (K), SmaI (S), XbaI (X). Цифрами обозначены размеры в т.н.п. На фиг. 2-4 схема конструирования плазмидной ДНК pSV-dEp-poly-Neo, а также генетическая карта плазмиды pSV-dEp-poly-Neo. Светлыми блоками обозначены ДНК-последовательности вируса SV40, темными блоками районы гена ксантин-гуанин фосфорибозил трансферазы E.coli(gpt), штриховкой ген ЭП, двойной штриховкой ген neo, тонкой линией - ДНК-фрагменты плазмиды pBR322. Отмечены бактериальный ген бета-лактамазы (Ampr), сайты инициации репликации (ori) pBR322 и вируса SV40, промотор ранних генов вируса SV40 (SVE). Стрелками указаны направления транскрипции генов. На фиг. 5 электрофоретический анализ препарата рекомбинантного эритропоэтина человека в 13%-ном полиакриламидном геле (ПААГ) в восстанавливающих условиях (окраски кумасси). 1 3 белковые маркеры молекулярных весов; 4 препарат эритропоэтина. Пример 1. Конструирование рекомбинантной плазмиды pSVdEp-poly-Neo. В качестве источника генетических последовательностей, кодирующих ЭП человека, используют плазмиду pBR-Epo, которая содержит EcoRI-фрагмент геномной ДНК человека длиной 12 13 т.н.п. [9] Клетки бактерий Escherichia coli (E. coli) штамма HB101, трансформированные плазмидой pBR-Epo и клетки бактерий E. coli HB101, трансформированные плазмидой pSV2gpt [6] выращивают в одном литре среды LB [10] с ампициллином в концентрации 50 мкг/мл в течение 20 ч. Клетки осаждают центрифугированием (5000 g, 5 мин, 4oC и выделяют из них плазмидные ДНК как описано в работе [11] Полученные препараты ДНК плазмид pBR-Epo и pSV2gpt используют для конструирования плазмиды pSV-Ep-gpt (схема на фиг. 2-4), которое проводят следующим образом. Осуществляют гидролиз 60 мкг ДНК pBR-Epo эндонуклеазами рестрикции HindIII и BglII в буфере, содержащем 0,01 М Трис-HСl; pH 8; 0,01 M MgCl2, 0,05 M NaCl, 1мM

специфическая активность in vivo не менее 100000 ед/мг (определена путем подсчета числа ретикулоцитов в образцах крови мышей после введения им образцов ЭП по [17]);
аминокислотный состав соответствует расчетным данным (определен после гидролиза 6 н HCl, 110oC, 24 ч);
N-концевая последовательность A-P-P-R-L-I-C-D-S-R в 10 аминокислот соответствует литературным данным (определена методом Эдмана на автоматическом газофазном секвенаторе с идентификацией ФТГ-аминокислот методом ВЭЖХ). Полученный и охарактеризованный штамм-продуцент CHO-PЕ планируется использовать для промышленного получения рекомбинантного эритропоэтина человека.
Формула изобретения
ген bla, обеспечивающий синтез бета-лактамазы; ген neo, обеспечивающий синтез аминогликозид-3'-фосфотрансферазы; ген эритропоэтина, обеспечивающий синтез рекомбинантного эритропоэтина человека. 2. Штамм культивируемых клеток яичника китайского хомячка СНО-РЕ ВСКК(П)626Д продуцент эритропоэтина человека.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5