Рекомбинантная плазмидная днк ркер-9, кодирующая эритропоэтин человека, штамм культивируемых клеток яичника китайского хомячка сноре-9 - продуцент эритропоэтина человека
Изобретение относится к области биотехнологии. Путем встраивания Bst EII - BglII фрагмента (2383 н. п.) плазмиды pSV - Ep - gpt, включающего структурный ген эритропоэтина (ЭПО) человека, в Sma - I сайт векторной плазмиды pNut (5733 н.п.), содержащей активируемый металлотионеиновый промотор мыши МТ - I и ген дигидрофолатредуктазы под контролем раннего промотора SV-40, получают рекомбинантный плазмидный вектор pКЕР-9, имеющий размер 8116 н.п. (мол. м. 5 Мд) и обеспечивающий биосинтез ЭПО человека в культивируемых клетках яичника китайского хомячка. В результате трансформации клеток СНО-КIdhfr сконструированной рекомбинантной плазмидой pКЕР-9, последующего культивирования на ростовой среде и отбора колоний, устойчивых к метотрексату и гибридизующихся с ДНК pКЕР-9, получен рекомбинантный штамм СНОpЕ-9. Клетки нового штамма при стационарном культивировании стабильно продуцируют в культуральную жидкость ЭПО с выходом 400 ед. акт./мл среды. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к биотехнологии и молекулярной биологии, а именно к генной и клеточной инженерии, представляет интерес для крупномасштабного получения рекомбинантного природного эритропоэтина (ЭПО) человека, который может быть использован в медицинских и исследовательских целях.
В литературе описано несколько работ по экспрессии гена ЭПО в животных клетках и по созданию штаммов-продуцентов рекомбинантного ЭПО на основе клеток грызунов и приматов, например на основе линии клеток СНО (клетки яичника китайского хомячка). Известна плазмида pDSVL-gHuEPO, содержащая полноразмерный ген ЭПО человека под контролем промотора поздних генов вируса SV40, а также миниген дигидрофолат редуктазы (DHFR) мыши [1, 2]. После трансфекции экспрессирующим вектором pDSVL-gHuEPO клеток линии CHOdhfr и селекции в среде без нуклеотидов получен клон клеток, секретирующий рекомбинантный ЭПО в культуральную жидкость с выходом 18,2 единицы активности (ед.акт.) на мл [3]. Путем проведения нескольких раундов амплификации в присутствии возрастающих концентраций метотрексата был получен штамм-продуцент, стабильно секретирующий ЭПО с выходом до 100 ед.акт./мл. Известна плазмида pRKFL13, содержащая кДНК гена ЭПО 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 SC40 [4]. Путем трансфекции плазмидой pRKFL13 клеток CHOdhfr с последующей селекцией трансфектантов в среде без нуклеотидов, а также проведением трех раундов амплификации в среде с метотрексатом получен штамм-продуцент ЭПО, секретирующий гормон с выходом до 50 ед/мл [3]. К недостаткам описанных аналогов следует отнести невысокие уровни секреции рекомбинантного ЭПО клетками-продуцентами, что значительно усложняет процедуры выделения и очистки гормона. Известна плазмидная ДНК pSV-sEp-poly-Neo и штамм культивируемых клеток китайского хомячка CHO-PE ВСКК(П) N 626D - продуцент ЭПО человека, описанные в работе [5, прототип]. Плазмида pSV-sEp-poly-Neo получена путем клонирования DstEII - BglII ДНК фрагмента длиной 2386 нуклеотидных пар (н.п.), содержащего полный ген ЭПО человека в составе вектора pSV2 gpt [6, 7]. Встройка проводится по сайтам рестрикции HindIII - BglII, с последующей делецией района HindIII - BstEII и слиянием с плазмидой pSV2 neo по сайту рестрикции Eco- RI. Путем трансфекции рекомбинантной плазмидой pSV-sEp-poly-Neo и плазмидой pTK-1 клеток яичника китайского хомячка CHOtk- и последующей селекции трансфектантов в среде, содержащей гипоксантин, аминоптерин и тимидин (ГАТ), отобран клон клеток CHO-PE, содержащий в своем геноме интегрированные копии гена ЭПО и стабильно секретирующий рекомбинантный гормон в культуральную среду. Недостатком данного продуцента является то, что интегрированный ген эритропоэтина находится в клетке в единичной копии и это не позволяет достичь повышенной продукции данного белка за счет увеличенной дозы целевого гена. Технической задачей изобретения является упрощение и удешевление процессов получения рекомбинантного ЭПО человека за счет увеличения уровня биологического синтеза ЭПО клетками-продуцентами. Поставленная задача решается использованием в качестве вектора плазмиды pNut [8], у которой использован активируемый металлтионеионовый промотор мыши МТ-1 и ген дигидрофолат редуктазы DHFR и конструированием на этой основе рекомбинантной плазмиды pKEP-9. С целью повышения уровня биологического синтеза промотор приближен к структурной части полноразмерного гена ЭПО человека, сразу за геном находится сигнал сплайсинга и сайт полиаденилирования ранней области вируса SV40. Такое сочетание регуляторных элементов определяет высокий уровень экспрессии гена ЭПО и эффективность синтеза рекомбинантного гормона в животных клетках. Наличие в плазмиде pKEP9 активного гена дигидрофолат редуктазы DHFR под контролем раннего промотора SV-40 позволяет проводить селекцию и амплификацию чужеродных последовательностей, интегрированных в геном клетки DURX-B11 (dhfr- - вариант линии клеток CHO-K1), в среде, содержащей метотрексат. Сочетание процессов трансфекции, селекции и амплификации позволяет получить линию клеток продуцентов CHOpE-9, содержащую в своем геноме интегрированные копии гена ЭПО (природная форма ЭПО) и стабильно секретирующую рекомбинантный гормон в культуральную жидкость. Штамм-продуцент CHO-pE-9 отличается от штамма DURX-B11 по признакам, передаваемым последовательностями ДНК, использованными для трансфекции, т.е. является устойчивыми к высоким дозам метотрексата (500 нМ), и синтезирует рекомбинантный эритропоэтин человека с выходом до 400 ед.акт./мл. 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 CHOpE-9 поддерживается на смеси отечественных сред Игла МЕМ с добавлением 10% эмбриональной телячьей сыворотки (ЭТС) и 1% неосновных аминокислот. Клетки субстрат зависимы, образуют монослой. Отделение клеток от стекла или пластика проводят смесью растворов 0,02% версена (2/3) и 0,25% трипсина (1/3), кратность рассева 1:3 - 1:4, посевная доза - 100-120 тыс. клеток в 1 мл. Плотного монослоя культура достигает через 3 суток после посева. 3. Устойчивость к антиметаболитам. При культивировании клеток штамм проявляет устойчивость к метотрексату в концентрации до 500 нМ, обусловленную наличием интегрированных в геном последовательностей ДНК. 4. Криоконсервация. Криоконсервирование проводят на среде Игла МЕМ (80%) с добавлением 10% эмбриональной телячьей сыворотки и 10% DMSO в качестве криопротектора. Концентрация клеток 3-5 млн. в 1 мл. Жизнеспособными после восстановления остаются 95% клеток. 5. Кариологическая характеристика. Кариологический анализ штамма CHOpE-9 проводят на препаратах, приготовленных без выжигания фиксатора в пламени спиртовки и окрашенных азуром-зозином. Частоту полиплоидии в популяции делящихся клеток определяют на основании подсчета 1000 клеток. Доля полиплоидных клеток составляет 8%. Анализ распределения клеток по числу хромосом на препаратах, окрашенных азуром-зозином. Просмотру подвергают 50 клеток. Модальный класс - 20 хромосом. Проведена фотореконструкция 15-ти метафазных пластинок. Установлено, что кариотип клеток CHOpE-9 стабилен. Основной набор состоит их хромосом 1-, 2-, 4-, 5-, 7-, 9-, 10-й пары. X-хромосома перестроена и образует маркерную хромосому М3. Выявлено 11 постоянно встречающихся маркерных хромосом (фиг. 2). 6. Контроль видовой идентичности. Соответствие виду подтверждается с помощью анализа электрофоретической подвижности изоферментов - глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы и лактатдегидрогеназы в полиакриламидном геле. 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. 8. Продуктивность штамма. Штамм-продуцент CHOpE-9 синтезирует рекомбинантный эритропоэтин человека с выходом в культуральную среду до 400 ед.акт./мл. Предложенные рекомбинантная плазмида pKEP-9 и штамм культивируемых клеток китайского хомячка CHOpE-9 впервые получены авторами данного изобретения, в литературе не описаны, следовательно, можно сделать вывод о соответствии технического решения критериям изобретения "новизна" и "изобретательский уровень". Перечень фигур графического изображения Фиг. 1. Схема конструирования и генетическая карта рекомбинантной плазмиды pKEP9. Светлыми блоками обозначены ДНК-последовательности вируса SV40, темными блоками - районы гена дигидрофолат редуктазы (DHFR), тонкой линией - ДНК-фрагменты плазмиды pUC18, точками отмечен промотор MT-1, штриховкой - остаток гена ксантин-гуанин фосфорибозил трансферазы E.coli (gpt), серыми блоками - ген ЭПО. Стрелками указаны направления транскрипции генов. Плазмида pKEP9 имеет в своем составе: - BstEII-BglII-фрагмент плазмидной ДНК pSV-Ep-gpt размером 2383 н.п., содержащий ген эритропоэтина; -EcoRI-SalGI - фрагмент плазмидной ДНК pNut размером 2659 н.п., содержащий участок плазмиды pUC18 и имеющий ген

- содержание агрегированной формы - до 4,5% (по данным иммуноблоттинга и денситометрии электрофорегамм, окрашенных серебром);
- содержание примесей ДНК клеток-продуцентов не более 10 пг на 10000 ед. активности (по данным дот-блот гибридизации с использованием меченной радиоактивным фосфором суммарной ДНК клеток CHO-9). 2. Идентичность. - молекулярная масса - 37500 Да (по данным гель-электрофореза с белковыми маркерами молекулярных весов);
- удельная активность - 150000 ед/мг (10000 ед/мл) (определена методом твердофазного ИФА);
- специфическая активность in vitro - 200000 ед/мг (определена по включению [3H] -тимидина в растущие спленоциты мышей с фенилгидразиновой анемией по [15]);
- специфическая активность in vivo - не менее 100000 ед/мг (определена путем подсчета числа ретикулоцитов в образцах крови мышей после введения им образцов ЭПО по [16]);
- 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 10 аминокислот соответствует литературным данным (определена методом Эдмана на автоматическом секвенаторе с идентификацией ФТГ-аминокислот методом ВЭЖХ). Список литературы
1. Lin F.K., Suggs S., Lin C.H., Browne J.K., Smalling R., Egrie J.C., Chen K. K. , Fox G. M. , Martin F., Stabinsky Z., Badrawi S.M., Lai P.H., Goldwasser E. Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 1985. V.82, N 22. P. 7580-7584. 2. Патент США N 4703008. Последовательность ДНК, кодирующая эритропоэтин. 3. Urlaub G., Chasin L.A. Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 1980. V. 77, N 7. P. 4216-4220. 4. Международная заявка N 86/03520. Способ получения эритропоэтина. 5. Заявка России N 93029235/13 от 08.06.93. Рекомбинантная плазмидная ДНК pSV-dEp-poly-Neo, кодирующая эритропоэтин человека, штамм культивируемых клеток яичника китайского хомячка CHO-PE - продуцент эритропоэтина человека. Решение о выдаче патента от 28.03.95. (Патент РФ N 2070931, Бюл.Из. 9636, 27.12.96). 6. Mulligan R.C., Berg P. Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 1981. V. 48, N 4. P. 2072-2076. 7. Richardson K.K., Fostel J., Skopek T.R. Nucl.Acids Res. 1983. V. 11, N 24. P. 8809-8816. 8. Palmiter R.D., Behringer R.R., Quaife C.J., Maxwell F., Maxwell I.F., Brinster R.L., (1987) Cell 50, P. 435-443. 9. Миллер Дж. Эксперименты в молекулярной генетике. Пер. с англ. - М.: Мир, 1976, с. 395. 10. Маниатис Т., Фрич Э., Сэмбрук Дж. Методы генетической инженерии: Молекулярное клонирование. Пер. с англ. - М.: Мир, 1984, с. 98-103. 11. Маниатис Т., Фрич Э., Сэмбрук Дж. Методы генетической инженерии: Молекулярное клонирование. Пер. с англ. - М.: Мир. 1984. С. 123-124. 12. Маниатис Т., Фрич Э., Сэмбрук Дж. Методы генетической инженерии: Молекулярное клонирование. Пер. с англ. - М.: Мир. 1984. С. 240-241. 13. Горман К. Высокоэффективный перенос генов в клетки млекопитающих. В кн. : Клонирование ДНК. Методы. Под ред. Д. Гловера: Пер. с англ. - М.: Мир. 1988. С. 409-463. 14. Ротстейн Р. Клонирование в дрожжах. В кн.: Клонирование ДНК. Методы. Под ред. Д. Гловера: Пер. с англ. - М.: Мир. 1988. С. 299. 15. Krystal G. Exp.Hematol. 1983. V. 11, N 7. P. 649-660. 16. Goldwasser E. , Gross M. Methods Enzymol. 1975. V. 37, pt.B, р. 109-121.
Формула изобретения

РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2PD4A Изменение наименования, фамилии, имени, отчества патентообладателя
(73) Патентообладатель(и):
Федеральное бюджетное учреждение науки «Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор» (RU)
Адрес для переписки:
630559, Новосибирская обл., Новосибирский р-н., р.п. Кольцово, ФБУН ГНЦ ВБ «Вектор»
Дата публикации: 20.03.2012