Впервые получен человеческий DNase1 из дрожжей
Белок DNase1 — один из старейших биологических агентов в истории, на рынке с 1958 года. Сейчас он используется, в частности, для лечения муковисцидоза. Однако его производство в иммортализованных клетках хомяка требует значительных усилий и затрат. Гораздо более экономичным было бы производство в неприхотливых дрожжевых клетках.
Команде доктора Маркуса Напирея из отдела анатомии и молекулярной эмбриологии Рурского университета в Бохуме впервые удалось этого добиться.
«Это результат многолетней работы, который может заложить основу для производства человеческого DNase1 в дрожжах в качестве биологического агента», — говорит исследователь. Работа опубликована в журнале PLOS One.
Популярный инструмент
Дрожжевой грибок Pichia pastoris — популярный инструмент для производства терапевтически эффективных биологических агентов. Генетическая информация о желаемом белке вводится в дрожжевые клетки с помощью электрического импульса через искусственную молекулу ДНК, произведенную в лаборатории. Дрожжевые клетки стабильно интегрируют эту молекулу в свой геном, считывают её и выделяют закодированный в ней белок.
«Преимущества дрожжей перед клетками млекопитающих — экономичные условия культивирования, высокая скорость размножения без необходимости иммортализации клеток и меньшая восприимчивость к патогенам», — объясняет Напирей.
В своей докторской диссертации, курируемой Напиреем и профессором Хансом Георгом Маннерцем, Ян-Оле Кришчек впервые смог экспрессировать человеческий DNase1 в Pichia pastoris, очистить его и охарактеризовать.
Исследователей удивило, что дрожжи производили значительно меньше человеческого DNase1, чем мышиный DNase1, который использовался в качестве ориентира, хотя оба белка имеют 82% сходства первичной структуры.
«Отчасти это связано со специфическим поведением сворачивания двух белков», — говорит Напирей. Что касается биохимических и функциональных характеристик, мышиный DNase1 служит моделью для фармакологически адаптированных изоформ человеческого DNase1, которые в настоящее время разрабатываются.
Перспективный инструмент
DNase1 — это белок, содержащийся в телесных секретах и жидкостях. Его цель — расщеплять внеклеточную ДНК, которую организм затем может утилизировать или переработать. Организм может высвобождать ДНК из собственных клеток и микроорганизмов в различных местах, что при определенных обстоятельствах вызывает симптомы болезни, например, при муковисцидозе.
При этом заболевании образуется вязкая бронхиальная слизь, которая также содержит ДНК. Человеческий фермент DNase1 производится из эпителиальных клеток яичников хомяка и продается с 1993 года.
Ингаляционный DNase1 разжижает вязкую бронхиальную слизь, содержащую ДНК, что облегчает её откашливание.
DNase1 потенциально может использоваться и при других патологических процессах. Эта эндонуклеаза является важным фактором в удалении нейтрофильных внеклеточных ловушек (NETs), которые служат в основном для иммобилизации бактериальных патогенов. В случае сепсиса, а также тяжелой инфекции SARS-CoV-2, наблюдается патологически повышенное образование NETs и микротромбов, содержащих большое количество компонентов NETs.
«Было бы полезно использовать DNase1 для лучшего растворения этих микротромбов, содержащих ДНК», — объясняет Напирей. Другой пример — использование DNase1 для растворения тромбоза церебральной артерии в случае ишемических инсультов, что в настоящее время исследуется в клинических испытаниях.