RU2425882C1 - Method of creating transgene mammal cell lines with stable and high level of transgene protein expression - Google Patents
Method of creating transgene mammal cell lines with stable and high level of transgene protein expression Download PDFInfo
- Publication number
- RU2425882C1 RU2425882C1 RU2009141231/10A RU2009141231A RU2425882C1 RU 2425882 C1 RU2425882 C1 RU 2425882C1 RU 2009141231/10 A RU2009141231/10 A RU 2009141231/10A RU 2009141231 A RU2009141231 A RU 2009141231A RU 2425882 C1 RU2425882 C1 RU 2425882C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transgene
- pegfp
- expression
- cells
- gene
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 title claims description 40
- 241000124008 Mammalia Species 0.000 title abstract 3
- 108700019146 Transgenes Proteins 0.000 title description 41
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims abstract description 43
- 238000013518 transcription Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000035897 transcription Effects 0.000 claims abstract description 23
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims abstract description 18
- 241000701022 Cytomegalovirus Species 0.000 claims abstract description 14
- 108700008625 Reporter Genes Proteins 0.000 claims abstract description 9
- 239000013604 expression vector Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000009261 transgenic effect Effects 0.000 claims description 22
- 210000004962 mammalian cell Anatomy 0.000 claims description 10
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 claims 1
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 abstract description 20
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 16
- 102000007056 Recombinant Fusion Proteins Human genes 0.000 abstract description 4
- 108010008281 Recombinant Fusion Proteins Proteins 0.000 abstract description 4
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 3
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 53
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 description 18
- 108010048367 enhanced green fluorescent protein Proteins 0.000 description 18
- 239000013612 plasmid Substances 0.000 description 15
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 12
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 12
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 12
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 11
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 10
- 108010077544 Chromatin Proteins 0.000 description 9
- 210000003483 chromatin Anatomy 0.000 description 9
- 238000001890 transfection Methods 0.000 description 8
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 7
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 6
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 4
- BRZYSWJRSDMWLG-CAXSIQPQSA-N geneticin Chemical compound O1C[C@@](O)(C)[C@H](NC)[C@@H](O)[C@H]1O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O[C@@H]2[C@@H]([C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](C(C)O)O2)N)[C@@H](N)C[C@H]1N BRZYSWJRSDMWLG-CAXSIQPQSA-N 0.000 description 4
- 210000005075 mammary gland Anatomy 0.000 description 4
- 239000006144 Dulbecco’s modified Eagle's medium Substances 0.000 description 3
- 241000287828 Gallus gallus Species 0.000 description 3
- 108091005904 Hemoglobin subunit beta Proteins 0.000 description 3
- 102100021519 Hemoglobin subunit beta Human genes 0.000 description 3
- 108010034791 Heterochromatin Proteins 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 3
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 3
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 3
- 210000004458 heterochromatin Anatomy 0.000 description 3
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000001177 retroviral effect Effects 0.000 description 3
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 3
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 230000002103 transcriptional effect Effects 0.000 description 3
- 230000014616 translation Effects 0.000 description 3
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 2
- 108700007698 Genetic Terminator Regions Proteins 0.000 description 2
- 108091092195 Intron Proteins 0.000 description 2
- 102000008297 Nuclear Matrix-Associated Proteins Human genes 0.000 description 2
- 108010035916 Nuclear Matrix-Associated Proteins Proteins 0.000 description 2
- 108091028043 Nucleic acid sequence Proteins 0.000 description 2
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- LOKCTEFSRHRXRJ-UHFFFAOYSA-I dipotassium trisodium dihydrogen phosphate hydrogen phosphate dichloride Chemical compound P(=O)(O)(O)[O-].[K+].P(=O)(O)([O-])[O-].[Na+].[Na+].[Cl-].[K+].[Cl-].[Na+] LOKCTEFSRHRXRJ-UHFFFAOYSA-I 0.000 description 2
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 2
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000013642 negative control Substances 0.000 description 2
- 210000000299 nuclear matrix Anatomy 0.000 description 2
- 239000002953 phosphate buffered saline Substances 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 210000002966 serum Anatomy 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 241001244729 Apalis Species 0.000 description 1
- 108091003079 Bovine Serum Albumin Proteins 0.000 description 1
- 241000283707 Capra Species 0.000 description 1
- 241000282693 Cercopithecidae Species 0.000 description 1
- 102000055157 Complement C1 Inhibitor Human genes 0.000 description 1
- 108700040183 Complement C1 Inhibitor Proteins 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 241000206602 Eukaryota Species 0.000 description 1
- 241000233866 Fungi Species 0.000 description 1
- 108700039691 Genetic Promoter Regions Proteins 0.000 description 1
- 108010043121 Green Fluorescent Proteins Proteins 0.000 description 1
- 108010033040 Histones Proteins 0.000 description 1
- 102000006947 Histones Human genes 0.000 description 1
- 101000757319 Homo sapiens Antithrombin-III Proteins 0.000 description 1
- 101000899111 Homo sapiens Hemoglobin subunit beta Proteins 0.000 description 1
- 102000003839 Human Proteins Human genes 0.000 description 1
- 108090000144 Human Proteins Proteins 0.000 description 1
- 238000012404 In vitro experiment Methods 0.000 description 1
- ONIBWKKTOPOVIA-BYPYZUCNSA-N L-Proline Chemical compound OC(=O)[C@@H]1CCCN1 ONIBWKKTOPOVIA-BYPYZUCNSA-N 0.000 description 1
- ZDXPYRJPNDTMRX-VKHMYHEASA-N L-glutamine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCC(N)=O ZDXPYRJPNDTMRX-VKHMYHEASA-N 0.000 description 1
- 229930182816 L-glutamine Natural products 0.000 description 1
- 229930182821 L-proline Natural products 0.000 description 1
- 108091026898 Leader sequence (mRNA) Proteins 0.000 description 1
- 241000713666 Lentivirus Species 0.000 description 1
- 239000012097 Lipofectamine 2000 Substances 0.000 description 1
- 241000829100 Macaca mulatta polyomavirus 1 Species 0.000 description 1
- 229930193140 Neomycin Natural products 0.000 description 1
- 108700026244 Open Reading Frames Proteins 0.000 description 1
- 241000283973 Oryctolagus cuniculus Species 0.000 description 1
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 description 1
- 108091036066 Three prime untranslated region Proteins 0.000 description 1
- 102000004142 Trypsin Human genes 0.000 description 1
- 108090000631 Trypsin Proteins 0.000 description 1
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 1
- 230000021736 acetylation Effects 0.000 description 1
- 238000006640 acetylation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000004071 biological effect Effects 0.000 description 1
- 229940126587 biotherapeutics Drugs 0.000 description 1
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 1
- 230000021523 carboxylation Effects 0.000 description 1
- 238000006473 carboxylation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 210000004978 chinese hamster ovary cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000002299 complementary DNA Substances 0.000 description 1
- 238000012258 culturing Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 210000002919 epithelial cell Anatomy 0.000 description 1
- 210000003527 eukaryotic cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000012894 fetal calf serum Substances 0.000 description 1
- 230000013595 glycosylation Effects 0.000 description 1
- 238000006206 glycosylation reaction Methods 0.000 description 1
- 102000052834 human SERPINC1 Human genes 0.000 description 1
- 229960004336 human antithrombin iii Drugs 0.000 description 1
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 1
- 230000002458 infectious effect Effects 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 230000006651 lactation Effects 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000001638 lipofection Methods 0.000 description 1
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000011987 methylation Effects 0.000 description 1
- 238000007069 methylation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000520 microinjection Methods 0.000 description 1
- 239000008267 milk Substances 0.000 description 1
- 210000004080 milk Anatomy 0.000 description 1
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 description 1
- 229960004927 neomycin Drugs 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000026731 phosphorylation Effects 0.000 description 1
- 238000006366 phosphorylation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004481 post-translational protein modification Effects 0.000 description 1
- 230000001323 posttranslational effect Effects 0.000 description 1
- 229960002429 proline Drugs 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 108091035233 repetitive DNA sequence Proteins 0.000 description 1
- 102000053632 repetitive DNA sequence Human genes 0.000 description 1
- 108091008146 restriction endonucleases Proteins 0.000 description 1
- 239000004017 serum-free culture medium Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000012096 transfection reagent Substances 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 239000012588 trypsin Substances 0.000 description 1
- 241001430294 unidentified retrovirus Species 0.000 description 1
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 1
- 239000013603 viral vector Substances 0.000 description 1
- 230000003612 virological effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к области биотехнологии, в частности к методам производства в биореакторах, основанных на культурах клеток и животных высших эукариот, лекарственных препаратов и биологических добавок нового поколения, таких как антитела и сложные белковые молекулы.The present invention relates to the field of biotechnology, in particular to methods of production in bioreactors based on cell cultures and animals of higher eukaryotes, new generation drugs and biological additives, such as antibodies and complex protein molecules.
В биотехнологической промышленности все больше лекарственных препаратов и биологических добавок производятся в биореакторах, основанных на культурах клеток высших эукариот. Биореакторами для производства белков могут быть любые живые организмы - бактерии, грибы, растения, животные и клеточные культуры. В современном производстве наиболее широко используются бактерии и дрожжи, которые можно эффективно и экономично размножать в промышленных биотехнологических установках. Однако для нормального функционирования многих белков человека очень важны те изменения, которые происходят на посттрансляционном уровне: гликозилирование, ацетилирование, фосфорилирование, карбоксилирование и некоторые другие преобразования. В настоящее время многие антитела к белкам, нарушающим правильное развитие клеток, используются для лечения болезней, связанных с такими нарушениями. Большая часть антител производится в культурах клеток. Поэтому для производства многих белков используют культуры клеток млекопитающих, в которых происходят правильные модификации белков. Однако невысокий уровень продуктивности, сложности в организации промышленного производства и высокая цена производства ограничивают распространение этого метода.In the biotechnology industry, more and more drugs and biological additives are produced in bioreactors based on higher eukaryotic cell cultures. Bioreactors for the production of proteins can be any living organism - bacteria, fungi, plants, animals and cell cultures. In modern production, bacteria and yeast are most widely used, which can be efficiently and economically propagated in industrial biotechnological plants. However, for the normal functioning of many human proteins, those changes that occur at the post-translational level are very important: glycosylation, acetylation, phosphorylation, carboxylation and some other transformations. Currently, many antibodies to proteins that disrupt the proper development of cells are used to treat diseases associated with such disorders. Most antibodies are produced in cell cultures. Therefore, for the production of many proteins, mammalian cell cultures are used in which the correct modifications of proteins occur. However, the low level of productivity, difficulties in organizing industrial production and the high cost of production limit the spread of this method.
В течение последних 10 лет в качестве биореактора часто используют трансгенных животных, у которых чужой ген экспрессируется в клетках эпителия молочной железы, а его продукт секретируется в молоко. Этот ген может экспрессироваться только в молочной железе и только во время лактации, не оказывая побочных воздействий на организм трансгенного животного. Кроме этого, в молочной железе трансгенных животных выполняется большинство посттрансляционных модификаций рекомбинантных белков и происходит правильная укладка белков, необходимая для проявления их биологической активности. В настоящее время дано разрешение на производство первых двух продуктов, синтезируемых в молочной железе: человеческий антитромбин III, полученный из трансгенных коз (фирма GTC Biotherapeutics), и рекомбинантный С1 ингибитор (Pharming Group NV), продуцируемый трансгенными кроликами.Over the past 10 years, transgenic animals have often been used as bioreactors in which a foreign gene is expressed in mammary epithelial cells and its product is secreted into milk. This gene can be expressed only in the mammary gland and only during lactation, without having side effects on the body of the transgenic animal. In addition, in the mammary gland of transgenic animals, the majority of post-translational modifications of recombinant proteins are performed and the correct folding of proteins is necessary for the manifestation of their biological activity. Currently, permission has been given for the production of the first two products synthesized in the mammary gland: human antithrombin III derived from transgenic goats (GTC Biotherapeutics) and recombinant C1 inhibitor (Pharming Group NV) produced by transgenic rabbits.
Существует несколько основных схем получения стабильных трансгенных культур клеток и трансгенных животных. Для трансформации клеток (при получении клеточных культур) или для микроинъекции ДНК в оплодотворенную яйцеклетку (при получении трансгенных животных) используют линейную ДНК, содержащую генную конструкцию. Этот метод позволяет встраивать в геном большие фрагменты ДНК, по размерам превышающие 20 т.п.н., что имеет большое значение, так как для эффективной экспрессии многих генов помимо кодирующих участков необходимо присутствие интронов и протяженных 5'- и 3'- нетранслируемых областей. Однако данный метод имеет ряд недостатков. При получении трансгенов с помощью линейной ДНК обычно наблюдаются многокопийные тандемные интеграции конструкций в геном, что приводит к формированию районов, содержащих множественные повторы конструкции. Известно, что повторяющиеся последовательности ДНК часто формируют неактивный хроматин, негативное действие которого усиливается в ряду поколений. В результате, через несколько генераций после получения исходного трансгенного животного или линии клеток, может происходить затухание экспрессии трансгенов. Одновременно формирование на повторах трансгенов зоны гетерохроматина может негативно влиять на активность хозяйских генов, расположенных рядом, что с высокой степенью вероятности будет приводить к снижению выживаемости продуцента. Снижение выживаемости является особенно значимым негативным фактором в случае использования в качестве биореактора крупных трансгенных животных, стоимость получения которых крайне высока (от 20000 $ до 300000 $) и занимает несколько лет.There are several basic schemes for producing stable transgenic cultures of cells and transgenic animals. For the transformation of cells (upon receipt of cell cultures) or for microinjection of DNA into a fertilized egg (upon receipt of transgenic animals), linear DNA containing the gene construct is used. This method allows embedding large DNA fragments larger than 20 kb in the genome, which is of great importance, since for the efficient expression of many genes, in addition to coding regions, the presence of introns and extended 5'- and 3'-untranslated regions . However, this method has several disadvantages. When transgenes are obtained using linear DNA, multicopy tandem integrations of constructs into the genome are usually observed, which leads to the formation of regions containing multiple repeats of the construct. It is known that repetitive DNA sequences often form inactive chromatin, the negative effect of which is amplified over several generations. As a result, after several generations after receiving the original transgenic animal or cell line, the expression of transgenes can attenuate. At the same time, the formation of a heterochromatin zone on repeats of transgenes can adversely affect the activity of host genes located nearby, which with a high degree of probability will lead to a decrease in producer survival. Reduced survival is a particularly significant negative factor when large transgenic animals are used as bioreactors, the cost of obtaining which is extremely high (from $ 20,000 to $ 300,000) and takes several years.
В последние годы появилась новая схема получения трансгенных животных и клеточных культур с помощью ретровирусов, в первую очередь лентивирусов. Одним из преимуществ ретровирусных векторов является значительное увеличение эффективности получения трансгенных клеточных линий и животных. При использовании ретровирусных векторов наблюдаются единичные или низкокопийные интеграции в транскрибируемые или содержащие активный хроматин области генома. В результате это позитивно сказывается на уровне транскрипции трансгена. Однако, с другой стороны, низкая копийность трансгена не позволяет получать значительный уровень экспрессии. Кроме того, даже при наличии только двух-трех копий трансгена часто наблюдается эффект ко-репрессии, что приводит к постепенному метилированию ДНК и модификациям гистонов, характерных для неактивного хроматина и, как следствие, репрессии трансгена (Yao et al., 2004 [4]). Нужно отметить, что емкость ретровирусных векторов составляет всего 7-9 т.п.н., что определяется размером вирусной частицы, в которую пакуется инфекционная ДНК. Таким образом, вирусный вектор позволяет использовать преимущественно только кДНК генов, которые экспрессируются намного менее эффективно, чем гены, содержащие интроны. Кроме этого, накладываются большие ограничения на размеры регуляторных элементов, которые можно использовать для увеличения уровня экспрессии трансгена.In recent years, a new scheme for producing transgenic animals and cell cultures using retroviruses, primarily lentiviruses, has appeared. One of the advantages of retroviral vectors is a significant increase in the efficiency of obtaining transgenic cell lines and animals. When using retroviral vectors, single or low-copy integrations into genome regions transcribed or containing active chromatin are observed. As a result, this positively affects the level of transgene transcription. However, on the other hand, the low copy number of the transgene does not allow to obtain a significant level of expression. In addition, even with only two or three copies of the transgene, the effect of co-repression is often observed, which leads to gradual methylation of DNA and modifications of the histones characteristic of inactive chromatin and, as a consequence, repression of the transgene (Yao et al., 2004 [4] ) It should be noted that the capacity of retroviral vectors is only 7–9 kb, which is determined by the size of the viral particle into which the infectious DNA is packed. Thus, the viral vector allows you to use mainly only cDNA genes that are expressed much less efficiently than genes containing introns. In addition, great restrictions are placed on the size of regulatory elements that can be used to increase the level of transgene expression.
Исследования по усовершенствованию трансгенных векторов ведутся во многих лабораториях и фирмах мира, прежде всего в Западной Европе и США. В последнее время работы по созданию новых векторов стали активно проводиться в Китае и Индии. В Российской Федерации пока не существует развитой биотехнологической промышленности и поэтому разработки таких векторов почти не проводятся. Исключением могут являться работы по заказу от иностранных биотехнологических компаний. Несомненным является тот факт, что усовершенствование векторов может на порядки сократить затраты на создание эффективного продуцента и промышленного производства самого продукта.Research on the improvement of transgenic vectors is carried out in many laboratories and firms in the world, especially in Western Europe and the USA. Recently, work on the creation of new vectors began to be actively conducted in China and India. In the Russian Federation, there is still no developed biotechnological industry and, therefore, the development of such vectors is almost not carried out. An exception may be work on order from foreign biotechnology companies. It is undoubted that the improvement of vectors can reduce the cost of creating an effective producer and industrial production of the product by orders of magnitude.
Основная проблема на пути достижения эффективной экспрессии белков в культуре клеток и молочных железах млекопитающих - это неустойчивая, низкая экспрессия трансгена при его интеграции в геном реципиента. Такая репрессия является следствием негативного влияния окружающего хроматина и регуляторных элементов, что в целом можно считать следствием защитной реакции генома на интеграцию чужеродной информации, экспрессию которой надо подавить. Таким образом, крайне актуальной задачей является использование в экспрессионных векторах регуляторных элементов, способных поддерживать эффективную работу гена, кодирующего целевой белок.The main problem in achieving effective expression of proteins in mammalian cell and mammary gland culture is the unstable, low expression of the transgene when it is integrated into the recipient's genome. Such repression is a consequence of the negative influence of surrounding chromatin and regulatory elements, which in general can be considered a consequence of the genome's protective reaction to the integration of foreign information, the expression of which must be suppressed. Thus, it is extremely urgent to use regulatory elements in expression vectors that can support the efficient operation of the gene encoding the target protein.
С целью увеличения эффективности трансформации и повышения стабильности экспрессии трансгена с начала 90-х годов широко используются последовательности ДНК, обычно А/Т-богатые, которые, как было показано в экспериментах in vitro, взаимодействуют с фракцией ядерного матрикса (MAR, matrix attachment region). Существующая модель предполагает, что MAR, взаимодействуя с белками ядерного скелета, снижает зависимость экспрессии генов, фланкированных MAR, от негативного эффекта окружающего хроматина.In order to increase the efficiency of transformation and increase the stability of transgene expression since the beginning of the 90s, DNA sequences, usually A / T-rich, which, as shown in in vitro experiments, interact with the nuclear matrix fraction (MAR, matrix attachment region) are widely used . The existing model suggests that MAR, interacting with proteins of the nuclear skeleton, reduces the dependence of the expression of genes flanked by MAR on the negative effect of surrounding chromatin.
Также для защиты транскрипции трансгена от репрессии и негативного эффекта окружающего генома применяются известные инсуляторы (Recillas-Targa et al., 2004 [3]; Kwaks and Otte, 2006 [2]). Так, в компании Invitrogen был применен куриный HS4 инсулятор (1.2 т.п.н.), найденный на границе β-глобинового домена. Обычно перед геном ставят две копии HS4 инсулятора. В некоторых случаях используют комбинации известных MAR и HS4 инсулятора либо мультимеризации его коровой последовательности (500 п.н.) (Recillas-Targa et al., 2004). Такие элементы увеличивали как эффективность получения трансгенов, так и уровень экспрессии самого трансгена. Однако далеко не во всех исследованных культурах клеток и организмах HS4 инсулятор эффективно работает.Also known insulators are used to protect transgene transcription from repression and the negative effect of the surrounding genome (Recillas-Targa et al., 2004 [3]; Kwaks and Otte, 2006 [2]). So, the Invitrogen company used a chicken HS4 insulator (1.2 kb), found at the boundary of the β-globin domain. Typically, two copies of the HS4 insulator are placed in front of the gene. In some cases, combinations of the known MAR and HS4 insulator or multimerization of its core sequence (500 bp) are used (Recillas-Targa et al., 2004). Such elements increased both the efficiency of transgene production and the level of expression of the transgene itself. However, far from all studied cell cultures and HS4 organisms, the insulator works effectively.
В компании Millipore-Bioprocess были разработаны регуляторные элементы из промоторов генов «домашнего хозяйства», которые должны эффективно работать на всех стадиях развития и во всех клетках организма. Было показано, что такие элементы улучшают эффективность получения трансгенных культур клеток и делают более стабильным уровень экспрессии трансгенов. Однако размер таких элементов достаточно большой и может достигать 2.5 т.п.н., что снижает эффективность их использования. Кроме того, пока не известно, насколько эффективно действуют эти элементы в различных клеточных культурах и организмах.Millipore-Bioprocess has developed regulatory elements from promoters of “housekeeping” genes, which should work efficiently at all stages of development and in all cells of the body. It was shown that such elements improve the efficiency of obtaining transgenic cell cultures and make the level of transgene expression more stable. However, the size of such elements is quite large and can reach 2.5 kb, which reduces the efficiency of their use. In addition, it is not yet known how effective these elements are in various cell cultures and organisms.
Наконец, с помощью оригинальной тест-системы были обнаружены элементы размером от 500 п.н. до 2000 п.н., названные STAR, которые обладали способностью блокировать распространение гетерохроматина (Kwaks et al., 2003 [1]). Однако информация о дальнейшем исследовании найденных элементов для защиты трансгенов отсутствует.Finally, using an original test system, elements ranging in size from 500 bp were detected. up to 2000 bp named STAR, which had the ability to block the distribution of heterochromatin (Kwaks et al., 2003 [1]). However, there is no information on further investigation of the elements found to protect transgenes.
Известны методы получения трансгенов: для трансформации клеток при получении клеточных культур используют линейную ДНК, содержащую генную конструкцию. Этот метод позволяет встраивать в геном большие фрагменты ДНК, по размерам превышающие 20 т.п.н. Однако при получении трансгенов с помощью линейной ДНК происходят многокопийные тандемные интеграции конструкций в геном, что приводит к формированию районов, содержащих множественные повторы конструкции. Такие повторяющиеся последовательности ДНК часто формируют неактивный хроматин, негативное действие которого усиливается в ряду поколений. В результате, через несколько генераций после получения трансгенной линии клеток, может происходить затухание экспрессии трансгенов. Одновременно формирование зоны гетерохроматина может негативно влиять на активность генов, расположенных рядом, что с высокой степенью вероятности будет приводить к снижению выживаемости продуцента. Существует схема получения трансгенных клеточных культур с помощью лентивирусных векторов (RU 2305708, опубл. 10.09.2007). Одним из преимуществ таких векторов является значительное увеличение эффективности получения трансгенных клеточных линий и животных. Однако при их использовании происходят единичные интеграции в транскрибируемые или содержащие активный хроматин области генома. Кроме этого в промоторной области самого вектора обычно встраивают активирующие регуляторные последовательности, которые повышают уровень экспрессии трансгена. В результате это позитивно сказывается на уровне наработки гетерологичного белка. Однако, с одной стороны, низкая копийность трансгена не позволяет получать значительный выход продукта. С другой стороны, даже при начальном высоком уровне экспрессии трансгена впоследствии наблюдается эффект ко-репрессии, вызванной транскрипцией из активных областей генома через трансгенную конструкцию, встроенную в геном, что приводит к постепенной репрессии трансгена. Таким образом, основная проблема на пути достижения эффективной экспрессии белков в культуре клеток - неустойчивая, низкая экспрессия трансгена при его интеграции в геном реципиента - остается нерешенной,Known methods for producing transgenes: for the transformation of cells in the production of cell cultures using linear DNA containing a gene construct. This method allows large DNA fragments to be inserted into the genome larger than 20 kb in size. However, when transgenes are obtained using linear DNA, multiple tandem integrations of constructs into the genome occur, which leads to the formation of regions containing multiple construct repeats. Such repeating DNA sequences often form inactive chromatin, the negative effect of which is amplified over several generations. As a result, several generations after the transgenic cell line is obtained, the transgene expression fades. At the same time, the formation of a heterochromatin zone can adversely affect the activity of genes located nearby, which with a high degree of probability will lead to a decrease in producer survival. There is a scheme for producing transgenic cell cultures using lentiviral vectors (RU 2305708, publ. 10.09.2007). One of the advantages of such vectors is a significant increase in the efficiency of obtaining transgenic cell lines and animals. However, when they are used, single integrations take place in genome regions that are transcribed or contain active chromatin. In addition, activating regulatory sequences that increase the level of transgene expression are usually inserted in the promoter region of the vector itself. As a result, this has a positive effect on the level of heterologous protein production. However, on the one hand, the low copy number of the transgene does not allow to obtain a significant yield of the product. On the other hand, even with an initial high level of transgene expression, the effect of co-repression is subsequently observed, caused by transcription from the active regions of the genome through the transgenic construct integrated into the genome, which leads to a gradual repression of the transgene. Thus, the main problem in achieving effective protein expression in cell culture — unstable, low transgene expression when integrated into the recipient’s genome — remains unsolved,
Крайне актуальной задачей является использование в экспрессирующих векторах регуляторных элементов, способных поддерживать эффективную работу гена, кодирующего целевой белок. К настоящему моменту не известен универсальный регуляторный элемент, который бы эффективно работал в разнообразных клеточных культурах, с разными типами промоторов и т.д. Описанные зарубежные аналоги созданы из инсуляторных регуляторных элементов (US 5610053, опубл. 11.03.1997) либо из активаторных элементов, способствующих открытию хроматина в точке интеграции трансгена (US 6949361, опубл. 27.09.2005). Однако способность некоторых инсуляторов взаимодействовать с ядерным матриксом не нужна для создания транскрипционно независимых доменов и для формирования барьера между активным и неактивным хроматином. В то же время часто репрессионные эффекты при встройке трансгена связаны с транскрипцией, проходящей через трансген. Инсуляторы и активаторные регуляторные элементы не способны останавливать такую транскрипцию. Таким образом, использование терминаторов транскрипции в экспрессионных векторах должно помочь в защите трансгена от негативных транскрипционных эффектов генома.An extremely urgent task is the use of regulatory elements in expression vectors that can support the efficient operation of the gene encoding the target protein. To date, there is no known universal regulatory element that would work effectively in a variety of cell cultures, with different types of promoters, etc. The described foreign analogues are created from insulator regulatory elements (US 5610053, publ. 11.03.1997) or from activator elements that promote the discovery of chromatin at the transgene integration point (US 6949361, publ. 09/27/2005). However, the ability of some insulators to interact with the nuclear matrix is not needed to create transcriptionally independent domains and to form a barrier between active and inactive chromatin. At the same time, often the repression effects during transgene insertion are associated with transcription passing through the transgene. Insulators and activator regulatory elements are not able to stop such transcription. Thus, the use of transcription terminators in expression vectors should help protect the transgene from the negative transcriptional effects of the genome.
Экспрессирующие конструкции, включающие в себя ген зеленого флуоресцентного белка в плазмиде pEGFP - N 1 (Clontech), промотор транскрипции CMV млекопитающего (цитомегаловирусный промотор), часто используют для трансфекции клеток млекопитающих (RU 2234530, опубл. 20.08.2004). Однако все эти плазмиды обеспечивают экспрессию репортерного гена на высоком уровне только при кратковременном культивировании, а при длительном культивировании происходит быстрое затухание экспрессии трансгена.Expression constructs, including the green fluorescent protein gene in plasmid pEGFP-N 1 (Clontech), the mammalian CMV transcription promoter (cytomegalovirus promoter), are often used to transfect mammalian cells (RU 2234530, publ. 08.20.2004). However, all of these plasmids provide the expression of the reporter gene at a high level only during short-term cultivation, and during long-term cultivation, the transgene expression is rapidly attenuated.
Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание экспрессирующих векторов для культур клеток млекопитающих, в которых для поддержания высокого и стабильного уровня наработки целевого белка будут использованы терминатороы транскрипции, обрывающие геномные траснкрипты в местах встройки трансгена в геном.Thus, it is an object of the present invention to provide expression vectors for mammalian cell cultures in which transcription terminators terminating genomic transcripts at the sites where the transgene is inserted into the genome will be used to maintain a high and stable level of production of the target protein.
Поставленная задача решается созданием трансгенных линий клеток млекопитающего, продуцирующих белок со стабильным и высоким уровнем экспрессии, включающим трансформацию клеток млекопитающего экспрессирующим вектором, содержащим репортерный ген, цитомегаловирусный промотор и терминатор транскрипции, встраиваемые выше последовательности цитомегаловирусного промотора.The problem is solved by the creation of transgenic mammalian cell lines producing a protein with a stable and high level of expression, including the transformation of mammalian cells by an expression vector containing a reporter gene, a cytomegalovirus promoter and a transcription terminator inserted above the sequences of the cytomegalovirus promoter.
Предлагаемое изобретение может быть использовано для конструирования трансгенных конструкций, содержащих эффективно работающие регуляторные элементы, в биотехнологии, молекулярной биологии и представляет интерес для крупномасштабного получения рекомбинантных белков, которые могут быть использованы в медицинских и исследовательских целях.The present invention can be used to construct transgenic constructs containing efficient regulatory elements in biotechnology, molecular biology, and is of interest for large-scale production of recombinant proteins that can be used for medical and research purposes.
Сущность описываемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлены схемы конструкций для тестирования ДНК-элементов в культурах клеток млекопитающих, гдеThe essence of the described invention is illustrated by the drawing, which shows the design diagrams for testing DNA elements in mammalian cell cultures, where
А - контрольная pEGFP_N1, в которой тестируемые ДНК-элементы отсутствуют;A - control pEGFP_N1, in which the tested DNA elements are absent;
Б - контрольная 2xIns_pEGFP, в которой выше цитомегаловирусного промотора встроен инсулятор из β-глобинового локуса кур;B - control 2xIns_pEGFP, in which an insulator from the β-globin chicken locus is inserted above the cytomegalovirus promoter;
В, Г - конструкции SV-40_pEGFP и β_pEGFP с ДНК-элементами - терминаторами транскрипции, встроенными выше цитомегаловирусного промотора.C, D - constructions of SV-40_pEGFP and β_pEGFP with DNA elements - transcription terminators built up above the cytomegalovirus promoter.
Пример 1. Конструирование рекомбинантных плазмид.Example 1. Construction of recombinant plasmids.
В качестве репортерного гена использовался ген зеленого флуоресцентного белка EGFP (Enhanced Green Fluorescent Protein), находящийся под контролем цитомегаловирусного промотора. Известно, что данный промотор обеспечивает высокий уровень транскрипции целевого гена в большинстве известных культур клеток млекопитающих. Перед промотором гена помещались ДНК-элементы, способные терминировать транскрипцию (терминаторы).The gene of the green fluorescent protein EGFP (Enhanced Green Fluorescent Protein), controlled by the cytomegalovirus promoter, was used as the reporter gene. It is known that this promoter provides a high level of transcription of the target gene in most known mammalian cell cultures. DNA elements capable of terminating transcription (terminators) were placed in front of the gene promoter.
Для оценки эффективности применения терминаторов транскрипции для поддержания стабильного и высокого уровня наработки целевого белка использовались следующие плазмиды (см. чертеж).To evaluate the effectiveness of the use of transcription terminators to maintain a stable and high level of production of the target protein, the following plasmids were used (see drawing).
А) В качестве отрицательного контроля использовался коммерческий вектор pEGFP_N1 (Clontech), содержащий ген зеленого флуоресцентного белка EGFP (Enhanced Green Fluorescent Protein), находящийся под контролем цитомегаловирусного промотора. Данная плазмида содержит ген устойчивости к неомицину, который использовался в качестве маркерного для последующего отбора рекомбинантных клеток.A) As a negative control, the commercial vector pEGFP_N1 (Clontech) was used, containing the gene for the green fluorescent protein EGFP (Enhanced Green Fluorescent Protein), which is controlled by the cytomegalovirus promoter. This plasmid contains the neomycin resistance gene, which was used as a marker for subsequent selection of recombinant cells.
Б) Для сравнения эффективности использования терминаторов транскрипции с известными на данный момент элементами, способными поддерживать транскрипцию гена на высоком уровне, была сконструирована плазмида 2xIns_pEGFP.B) To compare the efficiency of using transcription terminators with the currently known elements capable of maintaining high level transcription of the gene, the 2xIns_pEGFP plasmid was constructed.
Для получения данной плазмиды в вектор pEGFP_N1 по сайту рестрикции Pci I, находящемуся перед геном EGFP выше цитомегаловирусного промотора на расстоянии 640 п.н. от точки старта транскрипции, встраивалась последовательность длиной 2427 п.н., содержащая две тандемные копии инсулятора из бета-глобинового локуса курицы. Данная последовательность была получена из коммерческой плазмиды рВС 1 (Invitrogen). Этот элемент в настоящее время широко используется для повышения уровня экспрессии целевого гена, так как считается, что он обладает способностью изолировать трансген от влияния окружающих цис-регуляторных последовательностей.To obtain this plasmid into the pEGFP_N1 vector at the Pci I restriction site located in front of the EGFP gene above the cytomegalovirus promoter at a distance of 640 bp from the transcription start point, a 2427 bp sequence was inserted that contained two tandem copies of the insulator from the beta-globin chicken locus. This sequence was obtained from the commercial plasmid pBC 1 (Invitrogen). This element is currently widely used to increase the level of expression of the target gene, since it is believed that it has the ability to isolate the transgene from the influence of surrounding cis-regulatory sequences.
В) Плазмида SV-40_pEGFP, содержащая последовательность терминатора транскрипции вируса обезьян 40 (SV-40, simian virus 40) перед геном EGFP выше цитомегаловирусного промотора, была получена путем встраивания данного фрагмента ДНК длиной 868 п.н., по сайту рестрикции Pci I.C) The plasmid SV-40_pEGFP, containing the sequence of the transcription terminator of monkey virus 40 (SV-40, simian virus 40) before the EGFP gene above the cytomegalovirus promoter, was obtained by inserting this DNA fragment 868 bp long at the Pci I restriction site.
Г) Плазмида β_pEGFP, содержащая последовательность терминатора транскрипции из β-глобинового локуса человека перед геном EGFP выше цитомегаловирусного промотора, была получена путем встраивания данного фрагмента ДНК длиной 868 п.н. по сайту рестрикции Pci I.D) The plasmid β_pEGFP containing the transcription terminator sequence from the human β-globin locus in front of the EGFP gene above the cytomegalovirus promoter was obtained by inserting this DNA fragment 868 bp long. restriction site Pci I.
Пример 2. Получение трансфицированных клеточных линий.Example 2. Obtaining transfected cell lines.
Анализ экспрессии репортерного гена проводился на культуре клеток яичников китайского хомячка (СНО-К1), как наиболее широко применяемой в биотехнологической практике для наработки целевых белков.Analysis of the expression of the reporter gene was carried out on a culture of Chinese hamster ovary cells (CHO-K1), as the most widely used in biotechnological practice to produce target proteins.
Линия клеток СНО-К1 культивировалась на среде DMEM, содержащей 10% инактивированной эмбриональной телячьей сыворотки, 2 мМ L-глутамина, 35 мг/л L-пролина, а также коммерческий антибиотик Mycokill-AB (PAA Laboratories) в рабочей концентрации. Пересев клеток производился 1 раз в 5 дней при концентрации клеток 105 клеток на 1 см2, с разведением 1:20. Клетки культивировали при температуре 37°С, в атмосфере 5%-ного СО2 и высокой влажности.The CHO-K1 cell line was cultured on DMEM medium containing 10% inactivated fetal calf serum, 2 mM L-glutamine, 35 mg / L L-proline, as well as commercial antibiotic Mycokill-AB (PAA Laboratories) at a working concentration. Reseeding of cells was performed 1 time in 5 days at a cell concentration of 10 5 cells per 1 cm 2 , with a dilution of 1:20. Cells were cultured at a temperature of 37 ° C, in an atmosphere of 5% CO 2 and high humidity.
1. Трансфекция клеток.1. Transfection of cells.
Данная культура клеток была трансфицирована полученными рекомбинантными плазмидами. Для более эффективной интеграции трансгенной конструкции в геном плазмиды были линеаризованы при помощи рестриктазы ApaLI. Трансфекция проводилась согласно следующему протоколу.This cell culture was transfected with the obtained recombinant plasmids. For more efficient integration of the transgenic construct into the genome, plasmids were linearized using the restriction enzyme ApaLI. Transfection was performed according to the following protocol.
A) Клетки в количестве 70-80% от монослоя (8*104 клеток на 1 см2) промывались культуральной средой, не содержащей сыворотки.A) Cells in the amount of 70-80% of the monolayer (8 * 10 4 cells per 1 cm 2 ) were washed with a culture medium containing no serum.
Б) Подготавливалась трансфекционная смесь: 3-4 мкг линеаризованной плазмидной ДНК смешивались с 375 мкл культуральной среды, не содержащей сыворотки. В отдельной пробирке с таким же количеством аналогичной среды смешивался коммерческий трансфицирующий реагент Lipofectamine 2000, количество которого определялось соотношением 3 мкл реактива на 1 мкг плазмидной ДНК. После этого полученные растворы объединялись и инкубировались при комнатной температуре в течение 30-40 минут.B) A transfection mixture was prepared: 3-4 μg of linearized plasmid DNA was mixed with 375 μl of serum-free culture medium. In a separate tube with the same amount of a similar medium, commercial Lipofectamine 2000 transfection reagent was mixed, the amount of which was determined by the ratio of 3 μl of reagent per 1 μg of plasmid DNA. After that, the resulting solutions were combined and incubated at room temperature for 30-40 minutes.
B) Полученная трансфекционная смесь наслаивалась на промытые клетки.B) The resulting transfection mixture was layered on the washed cells.
Г) Через 4-6 часов после начала трансфекции трансфекционная смесь заменялась на культуральную среду DMEM с сывороткой.D) 4-6 hours after the start of transfection, the transfection mixture was replaced with serum DMEM culture medium.
Анализ уровня экспрессии репортерного гена оценивался по интенсивности флуоресценции на вторые сутки после трансфекции (36-48 часов) при помощи проточной цитофлуориметрии. В качестве отрицательного контроля использовались нетрансфицированные клетки линии СНО-К1.Analysis of the expression level of the reporter gene was assessed by fluorescence intensity on the second day after transfection (36-48 hours) using flow cytofluorimetry. As a negative control, nontransfected CHO-K1 cells were used.
2. Цитофлуориметрический анализ.2. Cytofluorimetric analysis.
Для проведения цитофлуориметрического анализа клетки промывали фосфатно-солевым буфером, трипсинизировали и снимали с чашек Петри. Затем дважды отмывали от трипсина и тщательно ресуспендировали в фосфатно-солевом буфере. Полученную суспензию (106 клеток в 1 мл буфера) переносили в 5 мл круглодонные пробирки.For cytofluorimetric analysis, the cells were washed with phosphate-buffered saline, trypsinized and removed from Petri dishes. Then washed twice from trypsin and carefully resuspended in phosphate-buffered saline. The resulting suspension (10 6 cells in 1 ml of buffer) was transferred into 5 ml round-bottom tubes.
Напряжение каналов проточного цитофлуориметра подбиралось таким образом, чтобы аутофлуоресценция нетрансфицированных клеток не учитывалась при проведении измерений. Для этого напряжение в каналах FL1 (в котором и детектируется флуоресценция eGFP) и FL2 (который использовали в качестве контрольного пустого канала) изменяли так, чтобы в процессе измерений подавляющее большинство клеток, не содержащих ген eGFP, оказалось в области, не превышающей значение «10» на логарифмической шкале, отложенной для каналов FL1 и FL2.The voltage of the channels of the flow cytofluorimeter was selected so that the autofluorescence of non-transfected cells was not taken into account during measurements. For this, the voltage in the FL1 channels (in which eGFP fluorescence is detected) and FL2 (which was used as the control empty channel) were changed so that during the measurements the vast majority of cells that did not contain the eGFP gene turned out to be in the region not exceeding the value “10 »On the logarithmic scale, delayed for channels FL1 and FL2.
После проведения калибровки все образцы измерялись при постоянных значениях напряжений по каналам FL1 и FL2. Так, если в клетках детектировалась флуоресценция eGFP, на логарифмической шкале по каналу FL1 фиксировалось появление клеток в области, превышающей значение «10», и все количественные значения уровня экспрессии гена измерялись именно в этой области.After calibration, all samples were measured at constant voltage values along the channels FL1 and FL2. So, if eGFP fluorescence was detected in the cells, the appearance of cells in the region exceeding the value “10” was recorded on a logarithmic scale on the FL1 channel, and all quantitative values of the gene expression level were measured in this region.
3. Поддержание пулов трансфицированных клеток.3. Maintenance of pools of transfected cells.
После проведения трансфекции полученные пулы культивировались согласно описанному выше протоколу.After transfection, the resulting pools were cultured according to the protocol described above.
Для того чтобы избавиться от клеток, не содержащих трансген, производилась селекция полученных пулов трансфицированных клеток при помощи коммерческого антибиотика Geneticin (Invitrogen), вводимого в концентрации 800 мкг/мл. Так как в результате подавления транскрипционной активности трансгена наработка продукта гена устойчивости к антибиотику с течением времени снижается, после 77 суток культивирования концентрация антибиотика была постепенно снижена до 200 мкг/мл.In order to get rid of cells that did not contain a transgene, the obtained pools of transfected cells were selected using the commercial antibiotic Geneticin (Invitrogen), administered at a concentration of 800 μg / ml. Since, as a result of suppression of the transcriptional activity of the transgene, the production of the antibiotic resistance gene product decreases over time, after 77 days of cultivation, the antibiotic concentration was gradually reduced to 200 μg / ml.
4. Результаты анализа временного профиля экспрессии гена EGFP в пулах трансфицированных клеток.4. The results of the analysis of the temporal profile of the expression of the EGFP gene in pools of transfected cells.
Для определения степени подавления трансгена в пулах клеток, трансфицированных контрольными (pEGFP_N1 и 2xIns_pEGFP) и экспериментальной (SV-40_pEGFP, β_pEGFP) конструкциями, каждые 10-14 суток при помощи проточной цитофлуориметрии производился анализ уровня экспрессии репортерного гена.To determine the degree of transgene suppression in the pools of cells transfected with control (pEGFP_N1 and 2xIns_pEGFP) and experimental (SV-40_pEGFP, β_pEGFP) constructs, the level of reporter gene expression was analyzed every 10-14 days using flow cytofluorimetry.
Средний уровень экспрессии гена EGFP в пуле клеток в определенный момент времени оценивался по процентному содержанию клеток, характеризующихся значением интенсивности флуоресценции больше «10» по логарифмической шкале, то есть нарабатывающих значимое количество данного белка.The average level of EGFP gene expression in a pool of cells at a certain point in time was estimated by the percentage of cells characterized by a fluorescence intensity value greater than "10" on a logarithmic scale, that is, producing a significant amount of this protein.
Показателем эффективности использования встраиваемого перед геном ДНК-элемента для высокого уровня наработки белка служило отношение количества клеток, экспрессирующих EGFP, в пуле клеток, несущих конструкцию с данным элементом, к количеству экспрессирующих EGFP клеток с контрольной плазмидой (pEGFP_N1).The ratio of the number of cells expressing EGFP in the pool of cells carrying the construct with this element to the number of expressing EGFP cells with a control plasmid (pEGFP_N1) served as an indicator of the efficiency of using the DNA element inserted before the gene for a high level of protein production.
Результаты анализа временного профиля экспрессии гена EGFP в пулах трансфицированных клеток приведены в таблице 1.The results of the analysis of the temporal profile of EGFP gene expression in pools of transfected cells are shown in table 1.
Результаты анализа уровня экспрессии EGFP на протяжении 128 суток культивирования тотальной популяции трансфицированных клеток (что соответствует примерно 30 пассажам) свидетельствуют о том, что использование последовательности терминатора транскрипции перед промотором целевого гена значительно повышает эффективность наработки белка в культуре клеток в ходе длительного культивирования - более чем в три раза в конце периода испытаний.The results of the analysis of the level of EGFP expression during 128 days of culturing the total population of transfected cells (which corresponds to approximately 30 passages) indicate that the use of the transcription terminator sequence in front of the promoter of the target gene significantly increases the efficiency of protein production in cell culture during long-term cultivation - more than three times at the end of the test period.
Пример 3. Получение и анализ стабильных клеточных линий.Example 3. Obtaining and analysis of stable cell lines.
Анализ разнородных клеточных пулов может приводить к отклонениям, связанным с тем, что трансген при липофекции многокопийно встраивается в разные участки генома, в результате чего клетки могут обладать разной жизнеспособностью, скоростью деления, устойчивостью к антибиотику и другими характеристиками, важными для эффективной экспрессии трансгена.Analysis of heterogeneous cell pools can lead to deviations due to the fact that the transgene during lipofection integrates multiple copies into different parts of the genome, as a result of which the cells may have different viability, division rate, antibiotic resistance and other characteristics that are important for efficient transgene expression.
Поэтому на практике наработка рекомбинантных белков осуществляется путем отбора стабильных клеточных линий, полученных из одной трансфицированной клетки и, таким образом, характеризующихся однородным генотипом, что позволяет исключить влияние вышеописанных факторов и отобрать наиболее эффективный клон.Therefore, in practice, the production of recombinant proteins is carried out by selecting stable cell lines obtained from one transfected cell and, thus, characterized by a homogeneous genotype, which eliminates the influence of the above factors and selects the most effective clone.
Индивидуальные клеточные клоны были получены из тотальных клеточных популяций методом лимитирующих разведений после 50 и 75 суток культивирования.Individual cell clones were obtained from total cell populations by the method of limiting dilutions after 50 and 75 days of cultivation.
1. Получение индивидуальных клонов.1. Obtaining individual clones.
Культивируемые пулы снимались с планшетов и разводились в 10 мл культуральной среды. После этого концентрация клеток подсчитывалась при помощи камеры Гаряева и производились дополнительные разведения таким образом, чтобы концентрация клеток составляла 2-3 клетки на миллилитр среды. Полученная суспензия переносилась в 24-луночные планшеты по 1 мл на лунку.Cultivated pools were removed from the tablets and diluted in 10 ml of culture medium. After this, the cell concentration was calculated using the Garyaev chamber and additional dilutions were made so that the cell concentration was 2-3 cells per milliliter of medium. The resulting suspension was transferred into 24-well plates at 1 ml per well.
После 2 недель культивирования на среде DMEM, содержащей антибиотик Geneticin в концентрации 800 мкг/мкл, производился цитофлуорометрический анализ выживших клонов. Дальнейшее поддержание полученных линий и анализ уровня экспрессии EGFP производились согласно методике, описанной для пулов трансфицированных клеток (см. пример 2).After 2 weeks of cultivation on DMEM containing Geneticin antibiotic at a concentration of 800 μg / μl, a cytofluorometric analysis of the surviving clones was performed. Further maintenance of the obtained lines and analysis of the level of EGFP expression was performed according to the procedure described for pools of transfected cells (see example 2).
2. Результаты анализа временного профиля экспрессии гена EGFP в индивидуальных клеточных клонах.2. Results of analysis of the temporal profile of EGFP gene expression in individual cell clones.
Основным количественным показателем экспрессионной активности репортерного гена в данном случае служила медиана распределения клеток по интенсивностям флуоресценции.The main quantitative indicator of the expression activity of the reporter gene in this case was the median of the distribution of cells by fluorescence intensities.
Исходно было получено 10 индивидуальных клонов с конструкцией pEGFP_N1, 17 индивидуальных клонов с конструкцией 2xIns_pEGFP и 10 клонов с конструкцией SV-40_pEGFP. Из них достаточно высоким уровнем экспрессии EGFP характеризовались 2 клона с конструкцией pEGFP_N1, 5 клонов с конструкцией 2xIns_pEGFP, 5 клонов с конструкцией SV-40_pEGFP и 6 клонов с конструкцией β_peGFP.Initially, 10 individual clones with the pEGFP_N1 construct were obtained, 17 individual clones with the 2xIns_pEGFP construct and 10 clones with the SV-40_pEGFP construct. Of these, 2 clones with the pEGFP_N1 construct, 5 clones with the 2xIns_pEGFP construct, 5 clones with the SV-40_pEGFP construct and 6 clones with the β_peGFP construct were characterized by a fairly high level of EGFP expression.
Необходимо отметить, что клоны с контрольной конструкцией исходно экспрессировали белок EGFP значительно слабее, чем клоны с конструкциями 2xIns_pEGFP, SV-40_pEGFP, β_peGFP (см. таблицу 2).It should be noted that clones with a control construct initially expressed EGFP protein significantly weaker than clones with constructs 2xIns_pEGFP, SV-40_pEGFP, β_peGFP (see table 2).
После двух с половиной месяцев культивирования уровень экспрессии EGFP в стабильных клеточных клонах с конструкциями pEGFP_N1 и 2xIns_pEGFP снизился приблизительно в 10 раз. При этом экспрессионная активность клонов, содержащих конструкции SV-40_pEGFP и β_peGFP, составила в среднем около 75% от исходной.After two and a half months of cultivation, the level of EGFP expression in stable cell clones with pEGFP_N1 and 2xIns_pEGFP constructs decreased by about 10 times. Moreover, the expression activity of clones containing the constructs of SV-40_pEGFP and β_peGFP, averaged about 75% of the original.
Таким образом, последовательности терминаторов транскрипции, обрывающие геномные транскрипты и изолирующие трансген от транскрипционных сигналов, обладают способностью поддерживать уровень транскрипции трансгена на стабильно высоком уровне на протяжении достаточно долгого времени. Полученные результаты демонстрируют, что терминатор является более эффективным по сравнению с инсулятором в поддержании стабильного уровня экспрессии трансгена в клонах, что свидетельствует о возможности использования терминатора в экспрессирующих векторах для защиты трансгена от негативного влияния генома.Thus, sequences of transcription terminators that terminate genomic transcripts and isolate the transgene from transcriptional signals have the ability to maintain the level of transgene transcription at a stable high level for a fairly long time. The results demonstrate that the terminator is more effective than the insulator in maintaining a stable level of transgene expression in clones, which indicates the possibility of using the terminator in expression vectors to protect the transgene from the negative effects of the genome.
Источники информацииInformation sources
1. Kwaks Т. H.J., Bamett P., Hemrika W. et al. Identification of anti-repressor elements that confer high and stable protein production in mammalian cells. Nature Biotechnology, 2003, 21; 553-558.1. Kwaks, T. H. J., Bamett, P., Hemrika, W. et al. Identification of anti-repressor elements that confer high and stable protein production in mammalian cells. Nature Biotechnology, 2003, 21; 553-558.
2. Kwaks T.H.J. and Otte A.P. Employing epigenetics to augment the expression of therapeutic proteins in mammalian cells. Trends in Biotechnology, 2006, 24:137-142.2. Kwaks T.H.J. and Otte A.P. Employing epigenetics to augment the expression of therapeutic proteins in mammalian cells. Trends in Biotechnology, 2006, 24: 137-142.
3. Recillas-Targa F., Valadez-Graham V., Farrell С.М. Prospects and implications of using chromatin insulators in gene therapy and transgenesis. BioEssays, 2004, 26:796-807.3. Recillas-Targa F., Valadez-Graham V., Farrell S.M. Prospects and implications of using chromatin insulators in gene therapy and transgenesis. BioEssays, 2004, 26: 796-807.
4. Yao S., Sukonnik Т., Kean T., Bharadwaj R.R., Pasceri P., Ellis J. Retrovirus Silencing, Variegation, Extinction, and Memory Are Controlled by a Dynamic Interplay of Multiple Epigenetic Modifications. Mol Ther. 10:27-36.4. Yao S., Sukonnik T., Kean T., Bharadwaj R.R., Pasceri P., Ellis J. Retrovirus Silencing, Variegation, Extinction, and Memory Are Controlled by a Dynamic Interplay of Multiple Epigenetic Modifications. Mol ther. 10: 27-36.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009141231/10A RU2425882C1 (en) | 2009-11-10 | 2009-11-10 | Method of creating transgene mammal cell lines with stable and high level of transgene protein expression |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009141231/10A RU2425882C1 (en) | 2009-11-10 | 2009-11-10 | Method of creating transgene mammal cell lines with stable and high level of transgene protein expression |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009141231A RU2009141231A (en) | 2011-05-20 |
| RU2425882C1 true RU2425882C1 (en) | 2011-08-10 |
Family
ID=44733317
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009141231/10A RU2425882C1 (en) | 2009-11-10 | 2009-11-10 | Method of creating transgene mammal cell lines with stable and high level of transgene protein expression |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2425882C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2707543C2 (en) * | 2014-05-19 | 2019-11-27 | Ф. Хоффманн-Ля Рош Аг | Method for selecting long-term producing cell using histone acylation as markers |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5610053A (en) * | 1993-04-07 | 1997-03-11 | The United States Of America As Represented By The Department Of Health And Human Services | DNA sequence which acts as a chromatin insulator element to protect expressed genes from cis-acting regulatory sequences in mammalian cells |
| RU2305708C2 (en) * | 2001-10-02 | 2007-09-10 | Энститю Клейтон Де Ля Решерш | Recombinant lentiviral vector, host cell transduced with lentiviral vector, methods for transduction and uses thereof |
-
2009
- 2009-11-10 RU RU2009141231/10A patent/RU2425882C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5610053A (en) * | 1993-04-07 | 1997-03-11 | The United States Of America As Represented By The Department Of Health And Human Services | DNA sequence which acts as a chromatin insulator element to protect expressed genes from cis-acting regulatory sequences in mammalian cells |
| RU2305708C2 (en) * | 2001-10-02 | 2007-09-10 | Энститю Клейтон Де Ля Решерш | Recombinant lentiviral vector, host cell transduced with lentiviral vector, methods for transduction and uses thereof |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2707543C2 (en) * | 2014-05-19 | 2019-11-27 | Ф. Хоффманн-Ля Рош Аг | Method for selecting long-term producing cell using histone acylation as markers |
| US11332797B2 (en) | 2014-05-19 | 2022-05-17 | Hoffmann-La Roche Inc. | Method for the selection of a long-term producing cell using histone acylation as markers |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009141231A (en) | 2011-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4550115B2 (en) | Method for regulating gene expression by changing CpG content | |
| US8809045B2 (en) | Human artificial chromosome (HAC) vector and human cell medicine comprising same | |
| CN114174520A (en) | Compositions and methods for selective gene regulation | |
| JP5835636B2 (en) | Expression vector and antibody high productivity cell for establishment of antibody high productivity cell | |
| JP6956416B2 (en) | Transposon system, kits containing it and their use | |
| CN107043774B (en) | Chimeric strong promoter and application thereof | |
| Jones et al. | Regulation of adenovirus transcription by an E1a gene in microinjected Xenopus laevis oocytes | |
| BRPI0711207A2 (en) | target site for site-specific intregation, site-specific method that integrates a polynucleotide encoding a protein of interest in a eukaryotic cell genome, isolated eukaryotic cell, kit for use in site-specific that integrates a polynucleotide within a genome of an in vitro cell and kit for use in producing a cell protein | |
| CN102639699A (en) | DNA construct, and process for production of recombinant CHO cell using same | |
| EP3152326B1 (en) | Low-leakage cellular biosensor system | |
| RU2425882C1 (en) | Method of creating transgene mammal cell lines with stable and high level of transgene protein expression | |
| JP6469371B2 (en) | A method for expressing a plurality of foreign genes in an embryoid body composed of induced pluripotent stem cells (iPS cells) | |
| CN104232676A (en) | Parental plasmid for obtaining minicircle DNA, and application thereof | |
| EP3196303A1 (en) | Inflammation reporter system | |
| JP4491808B1 (en) | Drug selection marker gene expression cassette useful for efficient selection of high-expressing cells | |
| Gasanov et al. | The use of transcription terminators to generate transgenic lines of Chinese hamster ovary cells (CHO) with stable and high level of reporter gene expression | |
| Gao et al. | Transfection and expression of exogenous gene in laying hens oviduct in vitro and in vivo | |
| Choi et al. | Tetracycline‐inducible gene expression in nuclear transfer embryos derived from porcine fetal fibroblasts transformed with retrovirus vectors | |
| CN107881174B (en) | Method for regulating and controlling translation level gene expression and application | |
| CN106609283A (en) | Method for simultaneously operating multiple genes by using transposon | |
| US20160002643A1 (en) | Compositions And Methods To Enhance Protein Expression | |
| CN121241135A (en) | Transposons, vectors, and genetically engineered cells | |
| Makoto et al. | Novel and Efficient Plasmid Transfection Protocols for Functional Analysis of Genetic Elements in Human Cardiac Fibroblasts | |
| Kumari et al. | Transgenic animals in biotechnology | |
| US20140050748A1 (en) | Mutant cd83 promoter and use thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20170503 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171111 |