Исследователи приблизились к производству гепарина в лаборатории
Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего сделали шаг к возможности производства гепарина в культивируемых клетках. Гепарин — мощный антикоагулянт и самый назначаемый препарат в больницах, однако его производство на основе клеточных культур пока невозможно.
В исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), был обнаружен критический ген в биосинтезе гепарина: ZNF263 (цинк-пальчиковый белок 263). Этот регулятор генов считается ключевым открытием на пути к промышленному производству гепарина. Идея заключается в контроле этого регулятора в промышленных клеточных линиях с помощью генной инженерии, что открывает путь к безопасному промышленному производству гепарина в контролируемых условиях клеточной культуры.
Проблемы текущего производства
В настоящее время гепарин получают путем экстракции из кишечников свиней, что вызывает опасения с точки зрения безопасности, устойчивости и надежности цепочек поставок. Для удовлетворения потребностей требуются миллионы свиней ежегодно, а большая часть производства находится за пределами США. Десять лет назад загрязнители в препаратах из свиней привели к десяткам смертей. Это создает необходимость в разработке устойчивого рекомбинантного производства.
Регуляция синтеза гепарина
Гепарин является особым подтипом более общего класса углеводов — гепарансульфатов, которые производятся многими типами клеток как в организме человека, так и в культуре. Однако гепарин производится исключительно в особом типе клеток крови — тучных клетках (мастоцитах). До сих пор его не удавалось успешно производить в клеточной культуре.
Исследователи предположили, что синтез гепарина должен контролироваться определенными регуляторами генов (транскрипционными факторами), тканеспецифичное присутствие которых может давать тучным клеткам уникальную способность производить гепарин.
Роль ZNF263
Поскольку регуляторы гепарина не были известны, команда под руководством профессоров Джеффри Эско и Натана Льюиса использовала биоинформатическое ПО для поиска в генах, кодирующих ферменты производства гепарина, последовательностей, которые могут представлять сайты связывания для транскрипционных факторов.
"Одна последовательность ДНК, которая выделялась больше всего, предпочтительна для транскрипционного фактора под названием ZNF263", — объясняет профессор Натан Э. Льюис.
С помощью технологии редактирования генов CRISPR/Cas9 исследователи мутировали ZNF263 в человеческой клеточной линии, которая в норме не производит гепарин. Они обнаружили, что гепарансульфат, производимый этой линией, стал химически измененным и показал реактивность, более близкую к гепарину.
Эксперименты также показали, что ZNF263 подавляет ключевые гены, участвующие в производстве гепарина. Анализ данных экспрессии генов из человеческих лейкоцитов показал подавление активности ZNF263 в тучных клетках (которые производят гепарин in vivo) и в базофилах. Исследователи пришли к выводу, что ZNF263 является активным репрессором биосинтеза гепарина в большинстве типов клеток, а тучные клетки способны производить гепарин именно потому, что ZNF263 в них подавлен.
Биотехнологические перспективы
Это открытие может иметь важное значение для биотехнологии. Промышленные клеточные линии (например, клетки CHO, которые в норме не способны производить гепарин) можно генетически модифицировать для инактивации ZNF263, что потенциально позволит им производить гепарин, как это делают тучные клетки.
"Наш биоинформатический анализ выявил несколько дополнительных потенциальных регуляторов генов, которые также могут способствовать производству гепарина и теперь являются интересными объектами для дальнейшего изучения", — отметил Филипп Шпан, научный сотрудник лаборатории Натана Льюиса.