Клетки китайских хомячков будут синтезировать лекарственные белки

Клетки яичника китайского хомячка научились переживать белковый аврал на клеточных биофабриках. Ученые выяснили, в чем секрет их стойкости и трудового героизма.

Дмитрий ПавловАвтор Hi-Tech Mail

Производство некоторых биофармацевтических препаратов можно представить как работу крошечной фабрики. Клетка-производитель должна непрерывно синтезировать белки, правильно их сворачивать, проверять качество и отправлять готовый продукт наружу. Если поток становится слишком интенсивным, клеточная «фабрика» начинает захлебываться.

Именно такую ситуацию изучили ученые ФИЦ Биотехнологии РАН. Их интересовали CHO-клетки — клетки яичника китайского хомячка (Cricetulus griseus), которые широко используют как продуценты белков. В научной литературе эта клеточная линия сокращенно называется CHO (Chinese hamster ovary cells).

В эксперименте сравнили обычную линию HB8 и более живучую DUL73, в которой генетически отключен внутренний путь апоптоза — запрограммированной гибели клетки. Исследование поддержал грант Российского научного фонда, а результаты опубликованы в International Journal of Molecular Sciences.

Чтобы устроить клеткам настоящую проверку на прочность, исследователи добавили дитиотреитол (DTT). Это вещество мешает образованию дисульфидных связей, необходимых для правильного сворачивания белков. Иными словами, ученые специально создали условия, при которых системе созревания белков становится особенно трудно.

У обычных клеток — 404 изменившихся гена. У «долгожителей» — 1019

Результат оказался невероятным. После стресса в обычных клетках HB8 изменилась активность 404 генов. У устойчивых DUL73 таких генов оказалось 1019 — примерно в 2,5 раза больше.

При этом 222 гена составили своеобразное общее ядро стрессового ответа: в обоих типах клеток они менялись в одном направлении. Но DUL73 заметно активнее перестраивали набор внутренних систем целиком.

Особенно сильно у них менялась работа механизмов транспорта аминокислот, обмена глутатиона и поддержания окислительно-восстановительного баланса. Кроме того, активнее перестраивался внутриклеточный транспорт мембранных пузырьков — своеобразная логистика, которая помогает клетке перемещать вещества между ее внутренними структурами.

Есть и еще одна важная деталь: разница между клетками обнаруживалась еще до стрессового эксперимента. У DUL73 изначально были активнее системы защиты от стресса, контроля качества белков и аутофагии. Вероятно, именно эта заранее подготовленная «оборона» и помогает клеткам дольше сохранять работоспособность.

От клеточной фабрики — к масштабному лекарственному производству

Для биотехнологии это важно не только с точки зрения фундаментальной науки. При производстве секретируемых белков, например антител, эндоплазматическая сеть клетки получает повышенную нагрузку: молекулы должны правильно свернуться, сформировать необходимые дисульфидные связи и пройти контроль качества. Если система не справляется, возникает стресс эндоплазматического ретикулума, который способен остановить синтез и привести клетку к гибели.

Теперь ученые лучше понимают, где именно у такой клеточной фабрики находятся узкие места. Среди потенциальных мишеней для дальнейшего геномного редактирования — доставка белков в эндоплазматический ретикулум, образование дисульфидных связей, контроль качества и удаление неправильно свернувшихся белков, а также внутриклеточный везикулярный транспорт.

Следующий этап — создание новых вариантов CHO-клеток, еще лучше приспособленных к интенсивному синтезу и секреции терапевтических белков. То есть задача состоит уже не просто в том, чтобы сделать клетку «бессмертной», а в том, чтобы превратить ее в более выносливую и продуктивную биологическую фабрику.

Клетки яичника китайского хомячка с генетически отключенным внутренним путем апоптоза не просто дольше не погибают, у них по-другому организованы системы поддержания протеостаза (белкового гомеостаза) — правильного сворачивания, созревания и удаления поврежденных белков, а при стрессе они гораздо масштабнее перестраивают метаболизм, оксилительно-восстановительное баланс и внутриклеточный транспорт. Для нас особенно важно, что транскриптомный анализ позволяет увидеть конкретные узкие места и выбрать новые гены-мишени для геномного редактирования. Следующий шаг -создание новых вариантов клеток CHO, еще лучше приспособленных к интенсивному синтезу и секреции терапевтических белков. Надежда Орлова к.б.н., научный сотрудник лаборатории биоинженерии клеток млекопитающих ФИЦ Биотехнологии РАН, руководитель гранта РНФ.

По теме на Hi-Tech Mail

О выращивании в лаборатории стволовых клеток крови, пригодных для трансплантации, мы рассказали здесь.

Другой материал посвящен созданию живой синтетической клетки с нуля.

А в этой недавней публикации рассказывается как клетки спасают «больные» белки.

российские ученыеБиологияПоделиться