ES2226029T3 - Vector y linea celular de mamifero con productividad mejorada. - Google Patents
Vector y linea celular de mamifero con productividad mejorada.Info
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Abstract
SE DESCRIBE UN VECTOR MEJORADO PARA INTRODUCIR UNA SECUENCIA DE ADN QUE CODIFICA PARA UNA PROTEINA HETEROLOGA, EN UNA LINEA CELULAR DE MAMIFERO PARA AUMENTAR LA EXPRESION DE LA PROTEINA. EL VECTOR INCLUYE UNA SECUENCIA DE ADNC QUE CODIFICA LA PROTEINA, UN PRIMER PROMOTOR Y UN INTRON DONANTE CADENA ABAJO, ESTANDO EL PRIMER PROMOTOR Y EL INTRON DONANTE CADENA ABAJO COLOCADOS ENTRE UN SEGUNDO PROMOTOR Y UN ACEPTOR DE INTRON DONANTE. EN UN EJEMPLO ILUSTRATIVO, LA SECUENCIA CODIFICA PARA EL FACTOR VIII, Y SE ASEGURA LA ELEVADA PRODUCTIVIDAD DE UNA LINEA CELULAR TRANSFECTADA MEDIANTE EL ESTABLECIMIENTO DE UN INDICE DE AMPLIFICACION MINIMO, QUE AL CONTRARIO QUE EN LA PRACTICA ACTUAL, SE ENFOCA EN LA UTILIZACION DE LINEAS CELULARES QUE PRESENTAN UNA PRODUCTIVIDAD RELATIVAMENTE BAJA ANTES DE LA AMPLIFICACION.
Description
Vector y línea celular de mamíferos con
productividad mejorada.
Campo: Esta invención se refiere
generalmente a la producción de proteínas biológicamente activas a
partir de líneas celulares de mamíferos modificadas por ingeniería
genética. Específicamente, la invención se refiere a un vector
novedoso y un procedimiento de selección de células que potencia la
productividad de las líneas celulares. La invención es especialmente
útil para la producción aumentada del factor VIII recombinante.
Técnica anterior: la amplificación génica
es una estrategia que se ha aplicado ampliamente para aumentar la
producción de proteínas en células de mamíferos. Una unidad de
transcripción (cDNA) que codifica una proteína de interés se une
normalmente de manera covalente a un marcador que se puede
amplificar. La unidad de transcripción y el marcador se
cotransfieren después en una célula apropiada, seguido de selección
y coamplificación.
La estrategia de transfección y amplificación
génica más ampliamente usada implica el uso de vectores de expresión
de la dihidrofolatorreductasa (DHFR) junto con células de ovario de
hámster chino (CHO) deficientes en DHFR (Kellems, Curr. Op. Biotech.
2: 723 - 729, 1991). Se han producido numerosas proteínas valiosas
comercialmente que incluyen activador de plasminogenes tisulares,
eritropoyetina, y factor VIII mediante esta estrategia (véase el
documento de Estados Unidos 4.740.461 de Kaufman y Kaufman, y col.,
Mol. Cell. Biol. 5 (7): 1750 - 1759, 1985). Debido a la presencia
del gen endógeno de DHFR, generalmente esta estrategia no se ha
extendido a los huéspedes de células que no son deficientes en DHFR.
Sin embargo, se ha descrito un éxito limitado cuando los huéspedes
de células DHFR* se usaron para expresar proteínas terapéuticas. La
patente de Estados Unidos 4.965.199 (Wood y col., 1990) describe un
procedimiento para producir el factor VIII en células de riñón de
hámsteres infantiles (BHK - 21) de DHFR*. Este procedimiento implica
(i) la cotransfección de células huésped con una secuencia de DNA
que codifica el factor VIII unida a una segunda secuencia de DNA que
codifica DHFR, y un marcador seleccionable que confiere resistencia
a neomicina, (ii) selección de transfectantes en un medio selectivo
que contiene G418, y (iii) amplificación de células resistentes al
G418 en medios que contienen cantidades crecientes de metotrexato
(MTX).
Wall y col., (Gene, 81: 139 - 149, 1989) han
informado sobre el uso de la estrategia de de coamplificación de
DHFR/MTX que expresa la proteína C funcional en células 293 humanas.
Okamoto y col., (Biotechnol., 8: 550 - 553, 1990) han descrito la
amplificación y expresión del factor de estimulación de colonias de
granulocitos (abreviadamente en inglés GM - CSF) en células
linfoides humanas.
A pesar de los recientes avances en las técnicas
de DNA recombinante, ha continuado siendo difícil la derivación de
clones de células recombinantes con alta productividad para el
factor VIII. La solicitud de patente europea Nº 0260148 (Gorman,
publicada el 17 de septiembre de 1987) e incorporada en esta memoria
descriptiva como referencia describe la construcción de un vector de
expresión (pCIS - F8) que tiene una secuencia estabilizadora hacia
abajo de un promotor y hacia arriba del DNA que codifica el factor
VII. El vector se construyó con un citomegalovirus o promotor de CMV
y potenciador, un cDNA que codifica el factor VIII y una secuencia
de terminación en 3'. En la ausencia de esta secuencia
estabilizadora, no se observó la expresión del factor VIII en
cualquier tipo de células ensayado.
Mediante la cotransfección de células 293S
humanas con pCIS - F8 y un vector de expresión del plásmido que
confiere resistencia a neomicina, se obtuvieron líneas celulares
recombinantes con productividad moderada (0,1 - 0,2 uU/c(d)
para el factor VIII. Sin embargo, sorprendentemente fallaron
numerosos intentos para amplificar un gran número de poblaciones y
clones a partir de diversos experimentos de transfección para
generar clones de alta producción después de la amplificación
extensiva en metotrexato (hasta 1 -2 uM). La amplificación se hizo
como se describe en las patentes de Estados Unidos 4.740.461
(Kaufman) y 4.965.199. (Wood y col.).
Se ha encontrado que el nivel de expresión de una
proteína tal como el factor VIII se puede aumentar
significativamente modificando un vector usado para transfectar una
célula de mamífero. Los detalles de la modificación y su uso se
describen más adelante.
El vector de esta descripción comprende una
proteína que codifica una secuencia, un primer promotor y un intrón
donante hacia abajo, el primer promotor e intrón donante hacia abajo
que esta localizado entre un segundo promotor y un aceptor de intrón
donante. En una realización preferida la secuencia codifica el
factor VIII (también conocido como FVIIIC o FVIII: C) y el vector es
pCAIS - F8. La secuencia codificadora también puede ser para
derivados del factor VIII, variantes o fragmentos (véase, por
ejemplo, la patente de Estados Unidos 5.045.455). El vector se usa
para introducir el DNA apropiado que codifica una secuencia para una
proteína heteróloga en células de mamíferos para incrementar la
expresión de proteínas mediante las células.
Esta descripción también describe un
procedimiento mejorado para seleccionar poblaciones de células que
se pueden amplificar para una proteína deseada de manera que se
puede llevar a cabo la producción continua de la proteína y con alta
productividad.
Un marcador que se puede amplificar preferido es
DHFR aunque se pueden sustituir otros marcadores tales como la
glutamina sintetasa (abreviadamente GS) y resistencia a
multifármacos (MDR). El huésped de las células a transfectar puede
ser cualquier célula de mamífero y no necesita ser deficiente en
DHFR. Son mejores las líneas celulares que se sabe que integran
genes de selección en su DNA cromosómico; por ejemplo, líneas de
riñón embrionario humano (2935), de ovario de hámster chino
(abreviadamente en inglés CHO), de riñón de hámster infantil (BHK -
21), de mieloma, y de hepatoma tales como las células HepG2, y
similares.
La productividad de una línea celular de mamífero
se puede potenciar estableciendo un índice mínimo de
amplificabilidad que, contrario a la práctica actual, se focaliza
sobre el uso de líneas celulares que tienen relativamente baja
productividad después de una selección inicial y miniclonación, pero
antes de la amplificación. Según la descripción, las células
seleccionadas deben tener un índice de amplificabilidad (\Delta E
= Y/X) > 3 donde X = producción de la células antes de la primera
amplificación e Y = producción de la células después de la primera
amplificación.
La figura 1a muestra el vector de la técnica
anterior pCIS - F8.
La figura 1b muestra el vector pCAIS - F8 de la
descripción.
La figura 2a muestra un mapa lineal del
donante_{2} - intrón_{2} - aceptor (D2I2A) del promotor del CMV
de la figura 1a.
La figura 2b muestra un mapa lineal de la
localización del promotor de AML y donante^{1} - intrón^{1} en
relación con el promotor de CMV y donante^{2}- intrón^{2} -
aceptor de la figura 1b.
La figura 3 muestra la secuencia de nucleótidos
del promotor tardío principal de adeno y su intrón.
La figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra
el procedimiento de selección global de esta descripción y el
cálculo de \DeltaE.
La figura 5 es un diagrama de flujo que ilustra
el esquema de construcción del vector pCAIS - F8.
Los vectores de expresión pCIS - F8 y pSV_{2} -
neoBa16 se construyeron como se describe en la solicitud de patente
europea Nº 0260148. El vector de expresión mejorado (designado
pCAIS- F8) se construyó insertando el promotor tardío principal de
adeno que incluye la secuencia de intrón en 3' inmediata (+1 a +132
con respecto al sitio CAP, Figura 2) en el sitio SacII del vector
conocido pCIS - F8 usando la técnica recombinante habitual
(Maniatis, 1990). Este fragmento SacII de 382 pares de bases se
aisló a partir de pAML3p.8cl como se describe en la patente de
Estados Unidos 4.965.199 de Wood y col.
En resumen, un fragmento de 382 pares de bases se
purificó sobre gel después de la digestión de 50 ug de pAML3p.8cl
con SacII. Después este fragmento se ligó a pCIS - F8 que se ha
linealizado con SacII. Después de 4 horas de ligación a 20ºC, se
usaron 50 ng de mezcla de ligación para transformar DH5\alpha de
E. coli. La clonación con éxito del promotor de AML y las
secuencias intrónicas se confirmó mediante secuenciación (figura 2).
El esquema de construcción del vector se muestra en la figura
5.
La producción de líneas celulares se estableció
mediante cotransfección de 5 x 10^{5} células con 10 ug de pCIS -
F8 o pCAIS - F8 y 10 ug de pSV_{2} - neoBa16 usando el
procedimiento de lipofección según las instrucciones del fabricante.
Un experimento de transfección típico implica 2,5 x 10^{6} células
(GIBCO). Las transfecciones múltiples se realizan normalmente
simultáneamente. Dos días después de la transfección, las células
se tripsinizaron, se sembraron en una placa de 48 pocillos (CoStar,
área de crecimiento = 100 mm^{2}), y se desarrollaron en un medio
selectivo (DMEM/F12, relación de peso = 1:1) que contenía G148 (400
ug/ml). La productividad del factor VIII de las células resistentes
al G418 se ensayaron hasta aproximadamente 50% de confluencia
(aproximadamente 3 semanas después del comienzo de la selección)
mediante un procedimiento de sustrato cromogénico según las
instrucciones del fabricante (Coatest, Kabi). Después las células se
dejaron crecer hasta confluencia en un medio (DMEM/F12, 1:1,
deficiente en glicina, hipoxantina, y timidina) que contenía
metotrexato 50 nM. Esta etapa de amplificación inicial lleva
aproximadamente 3 semanas. Después las células resistentes a
metotrexato se ensayaron para la productividad del factor VIII.
Después se determino un "índice delta E
(\DeltaE)" de cada población. Un índice \DeltaE se define
como \DeltaE = Y/X donde X = productividad antes de la selección
con metotrexato 50 nM e Y = productividad después de la selección
por metotrexato 50 nM. Una transfección típica implicaría la
selección de 220 - 440 poblaciones de células transfectadas. Las
poblaciones celulares con un \DeltaE > 3 se subclonaron y se
amplificaron posteriormente en el siguiente nivel más alto de
metotrexato (100 nM).
Hay que destacar que las poblaciones con
productividad alta (que según la técnica previa se deberían haber
recogido después de la amplificación) fallan para amplificarse para
una productividad mayor. Todas estas poblaciones tienen un valor
del índice \DeltaE menor que 3. Las poblaciones de células con
productividad moderada pero con un alto índice \DeltaE (> 3) se
amplificaron para una productividad mayor.
Una selección típica implica el subcultivo de 1
población (aproximadamente 1 x 10^{5}) de células en 96
subpoblaciones (placa de 96 pocillos, área de crecimiento = 32
mm^{2}). Las células se desarrollaron hasta confluencia en
metotrexato 100 nM y se ensayaron para la productividad del factor
VIII. Después la población con la mayor productividad se sometió al
mismo régimen de enriquecimiento clonal bajo amplificación en el
siguiente nivel más alto de metotrexato (200 nM). Se repitió el
mismo régimen de selección hasta que se alcanzó un nivel alto
constante de productividad del factor VIII. La productividad máxima
de células 293S se logra típicamente a un nivel de metotrexato 1 uM.
La amplificación posterior en un nivel más alto de metotrexato no
incrementó la productividad del factor VIII. Después los clones de
células individuales se obtuvieron limitando la clonación en
dilución en presencia de metotrexato 50 nM.
Como se muestra en la tabla 1, los clones con
productividad alta se obtuvieron a partir de tanto pCIS - F8 (0,7 -
1,0 uC/c/d) como pCAIS - F8 1,3 - 1,5 uU/c/d). Los clones generados
por pCAIS - F8 mostraron un 40 - 50% significativo de productividad
sobre los generados por pCIS - F8. Estos clones son estables y
adecuados para la producción continua del factor VIII en condiciones
exentas de suero.
Vectores | Método de selección | Productividad de clones** |
(1 uM) | (uU/c/d) | |
pCIS – F8 | Tradicional* | 0,1 - 0,25 |
pCIS – F8 | \DeltaE | 0,7 - 1,0 |
pCIS – F8 | Tradicional* | 0,15 - 0,3 |
pCIS – F8 | \DeltaE | 1,3 - 1,5 |
* Células que muestran una producción más alta después de la selección de G418 se eligieron para amplificación | ||
posterior en metotrexato. | ||
**Se evaluó un total de 10 - 12 clones mediante la productividad después de alcanzar resistencia a metotrexato | ||
1 uM. |
Como se muestra en esta descripción, el índice
\DeltaE es un indicador útil para identificar las poblaciones
potenciales de células de alta producción que se pueden amplificar
posteriormente.
Uno de los clones de alta producción se
desarrolló hasta una densidad de células de 5 - 7 x 10^{5}
células/ml en una centrífuga de 250 ml en medio esencial mínimo de
Joklik (GIDCO) suplementado con suero bovino fetal dializado al 10%.
El cultivo se agitó a una velocidad de 100 r. p. m. y se mantuvo en
un incubador a 37ºC. Después las células se lavaron con solución
salina tamponada de Hank (GIBCO), se volvieron a sembrar en un
matraz de centrífuga de 250 ml a una densidad de 5 x 10^{5}
células/ml en un medio de producción exento de suero (MEM de Joklik
suplementado con insulina, 5ug/ml, transferrina 25 ug/ml, albúmina
sérica humana, 1 mg/ml, y MgCl_{2} 15 mM), y se mantuvo a 37ºC.
Después de 24 horas, el fluido del cultivo se recogió y se ensayó
para la producción del factor VIII mediante el procedimiento
cromogénico de Coatest (Kabi). Las células se centrifugaron, se
volvieron a suspende en medio de producción exento de suero, y se
incubaron a 37ºC durante otras 24 horas después de lo cual se repite
el mimo procedimiento a intervalos de 24 horas durante 21 días.
Durante todo este período de producción la productividad de las
células se mantuvo en el intervalo de 1,2 - 1,5 uU/c/d.
Considerada la descripción anterior, se
producirán variaciones para los expertos en este campo. Por ejemplo,
la disposición de la secuencia aumentadora y los vectores de esta
descripción se podrían usar como vectores propuestos para la terapia
génica en seres humanos. En el caso del factor VIII, el vector se
podría integrar en células hepáticas humanas. De acuerdo con lo
anterior, se intenta que los ejemplos anteriores se deben construir
como ilustrativos y que el alcance de la invención descrita se debe
limitar solamente por las siguientes reivindicaciones.
Claims (5)
1. Un vector que comprende en secuencia lineal
una segunda secuencia promotor - primer promotor - donante _{1}
de ayuste - intrón _{1} - donante _{2} de ayuste - intrón
_{2}- aceptor unida operativamente a una secuencia que codifica
una proteína como se muestra en la figura 1B.
2. El vector pCAIS - F8 como se muestra en la
figura 1B integrado comosómicamente en una célula de mamífero.
3. El vector de la reivindicación 1 que comprende
una secuencia codificadora para el factor VIII localizada corriente
abajo del aceptor.
4. Una línea celular de mamífero que comprende el
vector de la reivindicación 1 como un elemento cromosómico
integrado.
5. Una línea celular de mamífero que comprende el
vector de la reivindicación 4 como un elemento cromosómico
integrado.
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