ES2315384T3 - Procedimiento para el seguimiento y la modulacion del plegamiento de proteinas. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para el seguimiento funcionalmente correcto del plegamiento o del plegamiento incorrecto de una proteína diana in vivo en un proceso recombinante que comprende la aplicación de un gen marcador, es decir bajo el control del promotor de la proteasa periplasmática DegP, a un sistema de expresión que expresa dicha proteína diana, siendo la producción del producto génico del gen marcador en dicho sistema de expresión una medida del plegamiento incorrecto de la proteína diana.
Description
Procedimiento para el seguimiento y la
modulación del plegamiento de proteínas.
Esta invención se refiere a un nuevo
procedimiento para mejorar la expresión proteica funcional, según el
cual es seguido el procedimiento de plegamiento con ayuda de una
medida en línea y, en caso necesario, el plegamiento proteico es
influenciado mediante la adición de agentes promotores del
plegamiento y/o mediante la coexpresión del chaperón periplásmico
Skp. A este respecto, la invención ofrece una tecnología para
mejorar el rendimiento de las proteínas recombinantes expresadas de
manera funcional.
El resultado de la sobreexpresión de los
productos génicos recombinantes en el periplasma de Escherichia
coli está asociado frecuentemente con proteína no plegada o con
plegamiento incorrecto y puede involucrar la degradación de
proteasas celulares. Por otra parte, la permeabilidad o la lisis
incontrolada de las células, provocada por el plegamiento
incorrecto puede inhibir procesos de fermentación directamente o
debido a un rebosamiento de espuma. Por lo tanto, han sido
desarrolladas diversas estrategias para mejorar las propiedades de
expresión y de plegamiento de las proteínas en el periplasma de
Escherichia coli. En primer lugar, una expresión fructífera
y un plegamiento fructífero de las proteínas recombinantes están
íntimamente relacionados con la elección de las secuencias
reguladoras óptimas, por ejemplo la potencia del promotor, los locus
de enlace de ribosoma y los péptidos de
señal^{1-3}. La aplicación de las estrategias de
plegamiento se refiere, en la mayoría de los casos, al aporte de
agentes promotores del plegamiento^{4-10}, a la
coexpresión de chaperones moleculares y a la adición de
catalizadores de plegamiento^{11-15}.
Los agentes promotores del plegamiento, tales
como la glicina, la betaína y la hidroxiectoína, son protectores
proteicos conocidos en el estado de la
técnica^{48-50}. En general, se supone que estos
compuestos no refuerzan la conformación proteica mediante
enlazamiento específico como ocurría con un substrato o con un
inhibidor. El efecto estabilizante de estos compuestos ha sido
atribuido, en la mayoría de los casos, a su exclusión en la
superficie proteica, lo cual conduce a una "hidratación
preferente" de la proteína o a una "exclusión preferente"
del aditivo en la superficie proteica. Sin embargo, el fenómeno
estabilizante es bastante complejo, y debe indicarse que no existe
un mecanismo único responsable de la estabilización sino que existe
una multitud de interacciones estabilizantes y desestabilizantes
junto al mecanismo de exclusión preferente.
Además del empleo de agentes promotores de
plegamiento extrínsecos, la propia proteína puede ser mejorada bien
mediante modelado molecular o mediante evolución directa,
experimentos llevados a cabo en este caso y en otros han utilizado
fragmentos de anticuerpo scFv^{16-19}.
Debe indicarse que ninguna de las estrategias
individuales es fructífera, en general, y que, por lo tanto, el
plegamiento de las proteínas debe ser mejorado de manera secuencial
y caso por caso. Esto requiere tecnologías para llevar a cabo el
seguimiento del plegamiento directo, que, de manera ideal, sean
independientes de los ensayos funcionales. La presente invención
proporciona la solución técnica a este problema.
En contraste con los trabajos
recientes^{20,21}, la invención no utiliza la respuesta al estrés
natural para llevar a cabo el plegamiento incorrecto de proteínas
en el periplasma de Escherichia coli, regulado por dos vías,
que se solapan en parte, la respuesta sigmaE y el sistema de
transducción de señal Cpx^{24}. El sigmaE es regulado
estrechamente por tres genes, rseA, rseB y
rseC^{25}. La proteína transmembranal RreA detecta
y transmite información al sigmaE, regulado negativamente por la
interacción con el RseB periplásmico y positivamente por
RseC, respectivamente, localizados en la membrana interna. El
sistema de transducción de señal de dos componentes Cpx está
constituido por un sensor membranal de histidina cinasa CpxA y por
un regulador de la respuesta citoplásmica CpxR. La proteína
con plegamiento incorrecto conduce a la autofosforilación de la
CpxA seguido de una fosfotransferencia para dar CpxR,
que permite que la CpxR funcione como un activador
transcripcional^{27-29}. Tanto el sigmaE como la
respuesta Cpx inducen a diversos genes relacionados con el
plegamiento proteico y con la degradación en el caso del plegamiento
incorrecto periplásmico. El sistema de transducción de señal
Cpx coordina la activación de DsbA, PpiA y
PpiD^{27,30}, mientras que el sigmaE regula la
transcripción de, al menos, 10 productos génicos, con inclusión
incluso del sigmaE, del sigma 32 y de la
fkpA^{31-35}. Únicamente el degP
(htrA) es regulado por ambos sistemas, lo que indica que el
degP es un elemento central en la gestión del plegamiento
incorrecto periplásmico^{36-40}. A este respecto,
la invención demuestra, entre otros aspectos, que un sistema
marcador basado en el promotor degP es muy adecuado para los
estudios cinéticos del plegamiento incorrecto de las proteínas en
el periplasma de la Escherichia coli y que permite una
utilización efectiva en combinación con diferentes estrategias de
plegamiento de proteínas.
La acumulación de proteína no plegada o con
plegamiento incorrecto en el periplasma de la Escherichia
coli conduce a la inducción de la proteasa periplásmica
degP perfectamente conocida, densamente regulada. Se ha
desarrollado una tecnología de medición en línea en base al promotor
A degP y de un gen marcador de luciferasa, cuya tecnología
permite estudios de cinética in vivo del plegamiento
incorrecto de las proteínas durante los procesos de fermentación.
La tecnología ha sido validada mediante la expresión periplásmica de
un minianticuerpo recombinante específico del receptor EGF humano.
Mediante la realización de diferentes estrategias de aporte con
agentes promotores de plegamiento y la coexpresión de los chaperones
periplásmicos Skp, hemos demostrado que la cantidad de
proteína funcional es indirectamente proporcional a la señal de
luciferasa en línea, que representa la del plegamiento incorrecto.
A este respecto, la tecnología ofrece una herramienta sencilla para
evaluar y para mejorar el rendimiento de las proteínas
funcionalmente expresadas en el periplasma, en función de la
estrategia de plegamiento utilizada.
Constituye una estrategia establecida que un
gran número de proteínas eucariotas retenga su actividad biológica
completa en una forma no modificada de manera posttranslacional así
como su expresión funcional en Escherichia coli.
Infelizmente, el plegamiento correcto de las proteínas recombinantes
en el periplasma de Escherichia coli está poco discernido y
frecuentemente interfiere con la expresión de la proteína funcional.
Para paliar este problema, esta invención presenta una nueva
tecnología que permite estudios cinéticos in vivo del
plegamiento incorrecto de las proteínas. La tecnología ayuda a
entender y a seguir cuando y bajo qué condiciones se produce el
plegamiento incorrecto permitiendo, de este modo, implementar
estrategias para mejorar el plegamiento de la proteína diana.
La tecnología de la invención está basada en el
promotor de la proteasa periplásmica DegP perfectamente
conocida, que juega un papel clave en la gestión del plegamiento
incorrecto de la proteína periplásmica. A este respecto, los
trabajos previos sugieren que la respuesta al plegamiento incorrecto
de la proteína periplásmica tras un choque térmico de y por encima
de 42ºC, es comparable con el estrés provocado por las proteínas
recombinantes con plegamiento incorrecto
sobreexpresadas^{23,31,45,46}.
El seguimiento en línea durante los procesos de
fermentación se realizó mediante la utilización de luciferasa
luc^{+} como gen marcador muy sensible como parte de la
detección del módulo que permite un análisis en un tiempo total de
90 segundos. Esta elevada resolución de las mediciones requiere una
corta semivida del producto del gen marcador. Como consecuencia de
la prolongada semivida de la proteína de fluorescencia verde (GFP),
esta proteína no puede ser aplicada, sin embargo, de manera
inesperada, es especialmente útil la Luc^{+}, en lugar de
la anterior. Nosotros hemos determinado una semivida de
aproximadamente 5 minutos a nuestra temperatura de fermentación de
26ºC. De este modo, se garantiza una estrecha correlación entre la
actividad de la luciferasa y la cantidad del enzima que corresponde
a la proteína con plegamiento incorrecto. De manera interesante y
no esperada, nuestro resultado indica que la luciferasa puede
difundirse a través de la pared celular de la Escherichia
coli. De este modo, puede llevarse a cabo una determinación
rápida de la actividad sin cualquier tipo de disrupción
celular.
El empleo del pOU61, como vector codificante de
la caja marcadora de la degP-luciferasa (que resulta
en plt1) genera ventajas adicionales^{43,44}. A una temperatura
situada por debajo de 30ºC un origen R1, genéticamente modificado,
regula densamente el número de copias de una copia por célula, lo
que conduce a una dosis génica comparable con el cromosoma de
Escherichia coli. El locus par codificado previene
contra la pérdida de plásmido durante la división celular. El
origen R1 es compatible con el derivado colE1 empleado en un segundo
plásmido cotransformado para la expresión de minianticuerpos
recombinantes. Por otra parte, la utilización de plt1 en un sistema
plásmido dual permite investigaciones similares de proteínas de
adición sin cualquier tipo de etapas adicionales de clonación.
Trabajos recientes describen un método para el
seguimiento in vivo del plegamiento y un ensayo de
plegamiento de proteínas para las proteínas
citoplásmicas^{20,21}. Estos métodos están basados en una fusión
de una proteína marcadora con la proteína diana. Como proteínas
marcadoras pueden ser empleados bien el GFP o el fragmento \alpha
de la \beta-galactosidasa (para alcanzar una
complementación \alpha con el fragmento \omega mayor). Ambos
métodos pueden ser llevados a cabo para diversas proteínas, pero la
construcción de la proteína de fusión requiere que sea accesible a
la proteína diana el extremo correspondiente. Por otra parte, las
propiedades de plegamiento de la proteína diana no deben ser
dañadas por la fusión proteica.
A este respecto, la tecnología proporcionada en
esta invención, tiene ventajas superiores sobre el arte previo. De
manera concreta, el empleo de la respuesta al estrés natural a las
proteínas con plegamiento incorrecto permite estudios del
plegamiento de la proteína diana durante la expresión recombinante
sin cualquier otro factor influenciador adicional. Así mismo puede
ser estudiado de una manera cinética el efecto del plegamiento
incorrecto de la proteína. De este modo, no solamente pueden ser
mejoradas las propiedades de plegamiento de la proteína diana, sino
que también pueden optimizarse genéticamente las secuencias
reguladoras y pueden adaptarse los parámetros del proceso durante
la fermentación. El término "plegamiento funcionalmente
correcto" significa, de conformidad con la invención, que una
proteína, expresada mediante un proceso recombinante, tiene un
plegamiento (estructura terciaria) que permite que la proteína sea
completamente activa o esencialmente activa con respecto a su
función propuesta.
Se evaluó el seguimiento de la cinética del
plegamiento incorrecto mediante la expresión de un minianticuerpo
recombinante específico del receptor EGF humano con y sin adición de
agentes promotores del plegamiento y coexpresión del chaperón
molecular Skp, respectivamente. Estas condiciones parecen
interesantes puesto que, trabajos recientes han indicado que el
sorbitol y la betaína generan un microambiente periplásmico que
soporta el plegamiento de las proteínas a concentraciones
elevadas^{5,10}. Frente a esta estrategia, los autores Bothmann y
Plückthun, 1998, han descrito para diferentes fragmentos de scFv,
que una coexpresión del chaperón periplásmico Skp, mejora
claramente sus cantidades funcionales^{47}. Ambas estrategias, que
son llevadas a cabo con la presente invención, conducen a un claro
incremento del rendimiento funcional del minianticuerpo
anti-EGFR. La clara disminución recíproca de la
cantidad de la proteína con plegamiento incorrecto ha sido indicada
simultáneamente por la señal de luciferasa.
Por otra parte, hemos observado una correlación
directa entre el incremento de la señal de luciferasa 2 horas tras
la inducción del minianticuerpo y la cinética del producto en
función de la estrategia de aporte utilizada y de la coexpresión de
Skp, respectivamente. De manera interesante, existe un menor
incremento de la señal de luciferasa si Skp es coexpresado.
Esto puede ser explicado mediante la función del Skp como un
chaperón periplásmico, puesto que la coexpresión del Skp está
regulada por sus propias secuencias reguladoras caracterizadas por
un locus de enlace putativo para el factor CpxR^{47}. El
CpxR es conocido como activador transcripcional del sistema
de transducción de señal de dos componentes Cpx que participa
en la respuesta al estrés periplásmico^{27-29}.
Se ha observado un fuerte incremento de la señal de luciferasa
cuando no es expresado el Skp. Por otra parte, un aporte de
agentes promotores del plegamiento durante un corto período de
tiempo de 20 minutos, directamente tras el incremento de la señal de
luciferasa, detiene un aumento adicional de la señal de la
luciferasa, seguido de un nivel constante durante el resto del
proceso de fermentación. Esto supone que el aporte de los agentes
promotores del plegamiento conduce a una rápida mejora del
plegamiento de la proteína, mientras que el Skp mejora el
plegamiento independientemente de la cantidad de proteína con
plegamiento incorrecto.
Figura
1
Secuencia del promotor degP de
conformidad con los autores Wurgler y Richardson ^{32}. Para
obtener el locus NcoI para la clonación de la
luc^{+}, el A próximo al codón de iniciación ha sido
reemplazado por un C (indicado con un asterisco). La parte inferior
muestra el cebador para la amplificación mediante reacción en
cadena de polimerasa (RCP) del degP.
Figura
2
Detección del modulo para un seguimiento en
línea de la actividad de la luciferasa.
Figura
3
El nivel fundamental y máximo del sistema
marcador, que determina la actividad de la luciferasa bajo
condiciones no inductoras y bajo condiciones inductoras,
respectivamente.
Figura
4
La influencia de las diferentes estrategias de
aporte sobre el plegamiento de las proteínas, empleándose una
solución de aporte que resulta de una concentración del medio de un
6% de sorbitol y de 2,5 mM de betaína.
Figura
5
La influencia de una coexpresión del chaperón
periplásmico Skp sobre el plegamiento de las proteínas.
Figura
6
La cinética de la formación de los
minianticuerpos funcionales en función de la estrategia de aporte
empleada y de la coexpresión del Skp.
Figura
7
El plásmido marcador plt1 de la
DegP-luciferasa y los plásmidos de expresión
pTAKFEC, pTAKFECU y pTAKFECTU. Los plásmidos de expresión se
diferencian en las secuencias modificadas lac P/O.
Figura
8
Variantes del promotor de los plásmidos de
expresión pTAKFEC (P_{lac\_C}), pTAKFECU (P_{lac\_CU}) y
pTAKFECTU (P_{lac\_CTU}) en comparación con la secuencia del
promotor natural lac (P_{lac\_natural}).
Figura
9
La luminiscencia en relación con la potencia del
promotor para los plásmidos de expresión empleados.
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degP, un gen necesario para la proteolisis en el desarrollo celular
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endopeptidase (La proteína HtrA (DegP), que esencial para la
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es una endopeptidasa). J. Bacteriol. 172,
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Cpx two-component signal transduction pathway of
Escherichia coli regulates transcription of the gene
specifying the stress-inducible periplasmic
protease, DegP (La vía de transducción de señal dos componentes Cpx
de Escherichia coli regula la transcripción del gen que
especifica la proteasa periplásmica inducible por estrés, DegP).
Genes Dev. 9, 387-398 (1995)
41. Larsen J.E.L., Gerdes K.,
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Low-copy-number
plasmid-cloning vectors amplifiable by derepression
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plásmidos con un bajo número de copias amplificable por derepresión
de uno xenopromotor insertado). Gene 28,
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42. Krebber A., Burmester J.
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terminator in phage display vectors abolishes background expression
of toxic fusions with coat protein g3p (La inclusión de un
terminador transcripcional en el sentido ascendente en vectores para
la representación de fagos elimina la retroexpresión de las
fusiones tóxicas con la proteína de la cápside g3p). Gene
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plásmidos suprimidos de la región par). Plasmid 4,
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Aagaard-Hansen H. Partitioning of plasmid R1
in Escherichia coli. II. Incompatibility properties of the
partitioning system (Segregación del plásmido R1 en Escherichia
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segregación). Plasmid 4, 332-339
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sigma(E)-dependent extracytoplasmic stress
response is controlled by the regulated proteolysis of an
anti-sigma factor (La respuesta al estrés
extracitoplásmico dependiente de sigma(E) de Escherichia
coli está controlada por la proteolisis regulada de un factor
anti-sigma. Genes Dev. 13,
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47. Bothmann H. & Pluckthun A.
Selection for a periplasmic factor improving phage display and
functional periplasmic expresión (Selección de un factor
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Matthey, A. Klimka, E. A. Galinski and A.
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"Compatible-Solute-Supported
Periplasmic Expression of Functional Recombinant Proteins under
Stress Conditions" ("Expresión periplásmica soportada por
soluto compatible de proteínas recombinantes funcionales bajo
condiciones de estrés") Appl. Env. Microbiol., 66,
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49. Wimmer H, Olsson M,
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Peterson SB, Muller N.; Towards a molecular level
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lysozyme and sorbitol (Aproximación a una comprensión a nivel
molecular de la estabilización de proteínas: la interacción entre
lisozima y sorbitol). J. Biotechnol.
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50. Xie G, Timasheff SN. Mechanism
of the stabilization of ribonuclease A by sorbitol: preferential
hydration is greater for the denatured then for the native protein
(Mecanismo de la estabilización de la ribonucleasa A por sorbitol:
la hidratación preferente es mayor en el caso de la proteína
desnaturalizada que en el caso de la proteína natural). Protein
Sci. 1, 211-21, (1997)
Los ejemplos siguientes describen la invención
con mayor detalle sin limitarla.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
1
Construcciones vectoriales. El vector de
expresión del minianticuerpo pTAKFECU se deriva de los vectores de
expresión, que han sido descritos previamente, p41FEG1T^{3} y
pAK100^{3}. El vector pTAKFECU contiene el gen de resistencia al
cloroanfenicol (cat) de pAK100 y el potente promotor
lacUV5, introducido mediante mutagénesis localmente dirigida
por medio del estuche fagémido Muta-Gene^{TM}
(BioRad Laboratories, Richmond, U.S.A.). Se derivó el plásmido
pHBFECU, que coexpresa el Skp, mediante la inserción del
fragmento MluI-HindIII del pTAKFECU que codifica el
promotor lacUV5 y el minianticuerpo antiEGFR en pHB
110^{47}. Se insertó el gen de luciferasa de
pSG-luc^{+} (Promega GmbH, Alemania) en el pTrc99A
(Amersham Pharmacia Biotech, Alemania) a través de los locus de
restricción NcoI y XbaI lo que da como resultado la
pTrc-luc^{+}. Se insertó el constructo del
plásmido plt1, marcador de la degP-luciferasa, que es un
polienlazador sintético con los locus de clonación para el
terminador tHP (KpnI, NsiI)^{42},
el promotor degP (NsiI, NcoI) y el gen marcador de luciferasa luc^{+} (NcoI, XbaI) en los locus EcoRI y HindIII de pUC18, lo que da como resultado pUC18PL. El terminador tHP se obtuvo a través del pTAKFECU. El promotor degP se clonó siguiéndose una amplificación mediante RCP a partir de ADN genómico de la Escherichia coli MG1655 (ATCCno. 47076) (los cebadores están representados en la figura 1). El producto de la RCP incluye la secuencia de ADN completa procedente del codón de terminación del gen dGTPasa (dgt), que está localizado en el sentido ascendente (3'-hacia-5') a partir del degP hacia el codón de iniciación de degP (figura 1). El gen de luciferasa luc^{+} se obtuvo a partir de la pSG-luc^{+}. La caja marcadora de luciferasa resultante se clonó en pOU61^{41} a través de locus de restricción único EcoRI y BamHI, dando por resultado el vector plt1 marcador de la degP.
el promotor degP (NsiI, NcoI) y el gen marcador de luciferasa luc^{+} (NcoI, XbaI) en los locus EcoRI y HindIII de pUC18, lo que da como resultado pUC18PL. El terminador tHP se obtuvo a través del pTAKFECU. El promotor degP se clonó siguiéndose una amplificación mediante RCP a partir de ADN genómico de la Escherichia coli MG1655 (ATCCno. 47076) (los cebadores están representados en la figura 1). El producto de la RCP incluye la secuencia de ADN completa procedente del codón de terminación del gen dGTPasa (dgt), que está localizado en el sentido ascendente (3'-hacia-5') a partir del degP hacia el codón de iniciación de degP (figura 1). El gen de luciferasa luc^{+} se obtuvo a partir de la pSG-luc^{+}. La caja marcadora de luciferasa resultante se clonó en pOU61^{41} a través de locus de restricción único EcoRI y BamHI, dando por resultado el vector plt1 marcador de la degP.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
2
El diseño del vector plt1 marcador de la
degP-luciferasa está basado en el plásmido
pOU61^{41}. Su origen R1, genéticamente modificado, es compatible
con el derivado colE1 utilizado en el segundo plásmido
cotransformado para la expresión de la proteína recombinante. La
caja de luciferasa contiene al promotor degP (secuencia de
ADN completa procedente del codón de terminación del gen dGTPasa
(dgt) localizado en sentido ascendente
(3'-hacia-5') a desde el degP
hacia el codón de iniciación de degP) y en sentido
descendente (5'-hacia-3') seguido
por el gen marcador de luciferasa luc^{+} (figura 1).
Además de esto, hemos insertado en sentido ascendente
(3'-hacia-5') desde degP, un
terminador tHP (que reduce la lectura transcripcional a través de
los genes localizados en sentido ascendente
(3'-hacia-5') hasta en un múltiplo
de cinco^{42}). La caja de degP-luciferasa resultante se
clonó en pOU61, con lo que se obtuvo el vector plt1.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
3
Determinación de la actividad de luciferasa
en suspensiones celulares de Escherichia coli. Hemos
construido el plásmido pTrc-luc^{+}, que permite
una inducción de la luciferasa con IPTG, para desarrollar un ensayo
funcional para la determinación de la actividad de la luciferasa en
la Escherichia coli. Se han realizado varios intentos para
la determinación de la actividad de la luciferasa, que incluyen la
disrupción celular mediante aplicación de ultrasonidos y
tratamiento con diferentes concentraciones de tolueno para que la
pared celular sea más permeable a la luciferina. Afortunadamente,
las células no tratadas muestran una actividad de luciferasa
comparable a la de las células sometidas a disrupción. Esto indica
que la luciferina puede difundirse a través de la pared celular de
la Escherichia coli. A este respecto hemos determinado la
actividad de la luciferasa en ensayos subsecuentes mediante la
adición de solución tamponada de luciferina directamente a la
suspensión celular. La señal de luciferasa medida se indicó como
unidades relativas de luciferasa (RLU).
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
4
Dispositivo para la detección para el
seguimiento en línea de la actividad de la luciferasa. El
sistema de muestreo está basado en un fermentador bypass acoplado
con una bomba peristáltica. El muestreo se inició con una dilución
previa continua de la muestra del fermentador empleándose NaCl al
0,9%. Diversos experimentos indican una proporción óptima de
dilución previa de 1 : 50, en función de la densidad celular en el
momento de iniciación de las mediciones (en nuestro caso OD_{550}
= 90). Es necesaria otra dilución que proporcione una OD_{550} =
0,4 constante y exacta para el seguimiento en línea de la actividad
de la luciferasa. Esto se consiguió mediante el desarrollo de un
controlador de la OD, que consiste en un flujo a través de un
fotómetro para determinar la OD real de la dilución previa y un
ordenador portátil para calcular la velocidad de una bomba de
muestra y de una bomba de dilución. La muestra diluida se mezcló con
una solución tamponada de luciferina mediante el empleo de otra
bomba con una velocidad constante y se inyectó en una corriente a
través de un luminómetro para determinar la actividad de la
luciferasa. El tiempo total necesario para un análisis fue de 90
segundos (figura 2).
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
5
Se llevó a cabo un cultivo celular de alta
densidad (HCDC) en un biorreactor agitado de 10 litros de
conformidad con la publicación de los autores Horn et
al.^{1}, empleándose un medio de sal mineral con glucosa.
Todas las fermentaciones se llevaron a cabo bajo las mismas
condiciones que incluyen una temperatura de 26ºC, una OD_{550} =
0,2 inicial y la adición de IPTG hasta una OD_{550} = 90. Por otra
parte, los cultivos previos se inocularon con conservas de glicerol
de la misma cepa. El aporte de glucosa se llevó a cabo mediante el
empleo de un análisis de la inyección del flujo de glucosa que
permite un crecimiento ilimitado de las células durante toda la
fermentación con el fin de evitar cualquier estrés adicional. Al
cabo de un tiempo de 29 horas, que incluye un período de inducción
de 5 horas, se alcanzaron densidades celulares finales con un rango
de OD_{550} = 110 que corresponde a 25 gL^{-1} (figuras
3-5) de biomasas secas.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
6
Se analizó el seguimiento en línea de la
proteína con plegamiento incorrecto mediante la expresión de un
minianticuerpo recombinante específico del receptor EGF humano. El
minianticuerpo está constituido por un fragmento scFv con una
bisagra fusionada en posición C-terminal seguida de
un motivo de hélice-giro-hélice, que
produce la homodimerización in vivo. El minianticuerpo es
codificado por el plásmido pTAKFECU, derivado de nuestros vectores
de expresión, que han sido descritos precedentemente, p41FEG1T y
pAK100^{3}. La expresión se llevó a cabo en Escherichia
coli RV308 (ATCC no. 31608). Esta hebra es especialmente
adecuada para HCDC debido a su velocidad drásticamente disminuida
para la formación de acetato. La Escherichia coli RV308 se
sometió a una cotransformación con pTAKFECU y con el vector plt1
marcador de la degP-luciferasa en forma de un sistema
plásmido dual para evaluar la proporción de minianticuerpos plegados
de manera incorrecta.
Se determinaron los nivel fundamental y máximo
de la actividad de la luciferasa para evaluar el rango de trabajo
de nuestro sistema. Con esta finalidad se comparó una primera
fermentación, bajo condiciones no inductoras, con una expresión
inducida de IPTG del minianticuerpo. Se determinaron las actividades
de la luciferasa cada 15 minutos. Las mediciones se iniciaron con
una densidad celular de OD_{550} = 75 para ambas fermentaciones,
pero la inducción del minianticuerpo de la segunda fermentación se
inició 30 minutos más tarde con una OD_{550} = 90. Para el
cultivo no inducido se determinó únicamente un bajo nivel
fundamental de aproximadamente 40 unidades de luminiscencia
relativa (RLU) durante toda la fermentación. En la primera fase,
tras inducción del minianticuerpo, la señal de la luciferasa era
comparable con la del cultivo no inducido. En contraste con lo
anterior, hemos obtenido un fuerte incremento de la señal de la
luciferasa 2 horas tras inducción correspondiente a la cinética de
formación del producto del minianticuerpo funcional (figura 3,
figura 6).
Hemos ensayado tres estrategias de aporte
diferentes, empleándose una solución de aporte que da como resultado
una concentración del medio del 6% de sorbitol y de 2,5 mM de
betaína, para determinar la influencia de los agentes promotores
del plegamiento sobre la proporción de minianticuerpo con
plegamiento incorrecto. La señal de luciferasa alcanza únicamente
el nivel fundamental en el caso del aporte bien al inicio de la
fermentación o simultáneamente con la inducción. Sin embargo,
cuando la solución de aporte fue añadida 2 horas tras la inducción
correspondiente al inicio de la formación del producto se produjo un
incremento de la señal de la luciferasa comparable con la del
cultivo inducido sin cualquier aporte, seguido de un nivel constante
de aproximadamente 170 RLU durante el resto del cultivo (figura
4).
Además de esto, hemos analizado la influencia de
una coexpresión del chaperón periplásmico Skp sobre una
expresión de minianticuerpo. Con esta finalidad se clonó en pHB 110,
que codifica al Skp, la secuencia de ADN del minianticuerpo
con inclusión de la región promotora lacUV5 y la secuencia de
señal pelB. El plásmido resultante pHBFECU se sometió a una
cotransformación con el plt1 en Escherichia coli RV308. De
manera similar, tanto al cultivo sin aporte y con aporte de agentes
promotores del plegamiento en el punto de iniciación de la
formación del producto, hemos obtenido el incremento de la señal de
la luciferasa al cabo de 2 horas tras la inducción. En contraste
con estos cultivos en la coexpresión de Skp, el incremento
obtenido para el gradiente fue más bajo y alcanzó un máximo de 230
RLU, únicamente comparable con la de aquellas con aporte de
solución promotora del plegamiento en el punto de partida de la
formación del producto (figura 5).
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
7
Seguimiento en línea de la actividad de la
luciferasa. El sistema de muestreo empleado para el seguimiento
en línea de la actividad de la luciferasa está ilustrado en la
figura 2. El fermentador de bypass estaba realizado con una bomba
peristáltica (504U, Watson Marlow, Falmouth, Inglaterra) seguido por
una dilución previa continua de la muestra del fermentador con NaCl
al 0,9% en una relación de 1 : 50 empleándose una bomba peristáltica
de cuatro canales MS-CA4/840 (Ismatec GmbH,
Wertheim-Mondfeld, Alemania). El controlador de la
OD está basado en un fotómetro de flujo continuo (VIS Jenway 6300,
Jenway Inc., Princeton, U.S.A.) para determinar la OD real de la
dilución previa y un ordenador portátil para calcular la velocidad
de la muestra y de la bomba de dilución (bomba peristáltica ISM
Reglo 12/100, Ismatec GmbH, Wertheim-Mondfeld,
Alemania). Los valores fueron calculados mediante el empleo del
programa informático Dasylab (GBMmbH, Mönchengladbach, Alemania).
Se mezcló una muestra de fermentador con una OD_{550 \ nm} = 0,4
constante con una solución de luciferina en una proporción de 1 :
1. Con esta finalidad se disolvieron 5 mg de la sal de sodio de la
D-luciferina en 1,250 \mul de H_{2}O. Se
añadieron 100 \mul de esta solución a 9,9 ml de tampón de
luciferina, que contenía tricina 25 mM, MgCl_{2} 15 mM, ATP 5 mM,
mercaptoetanol 7 mM y 5 mg de BSA, a pH 7,8. Se necesitan 0,5 ml de
la solución de luciferina para un análisis. Se midió la actividad de
la luciferasa con un detector luminiscente de flujo continuo LEO
(Wallac GmbH, Freiburg, Alemania) y se calculó empleándose el
programa informático Dasylab (GBMmbH, Mönchengladbach, Alemania).
La señal de luciferasa medida se indicó como unidades de luciferasa
relativas (RLU).
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
8
Ensayo miniaturizado para la optimización de
la expresión proteica en paralelo y el seguimiento del plegamiento
de la proteína. Se ha adaptado a microvolúmenes el principio
básico descrito para el seguimiento y la optimización de proteínas,
para llevarlo al formato de una placa de microtitulación o incluso
menor. El sistema de ensayo comprende el minianticuerpo antiEGFR.
Como se ha descrito precedentemente, se ha empleado el plásmido
marcador plt1 con los plásmidos pTAKFEC, pTAKFECU y pTAKFECTU para
la cotransformación de Escherichia coli K12 RV308. El
plásmido comprende variantes de los promotores lac, con lo que
permite la expresión diferencial del minianticuerpo como se ha
mostrado en las figuras 7 y 8. La medida de la actividad de la
luciferasa de la proteína plt1 marcadora indica que la porción de
la proteína con plegamiento incorrecto está relacionada con el
promotor individual usado como se ha mostrado en la figura 9. De
este modo, el sistema marcador plt1 codificado por el plásmido es
adecuado para la optimización de la expresión con respecto al
promotor individual que debe ser seleccionado.
Se realizaron cultivos en placas de
microtitulación en 100 \mul de medio de sal mineral (Horn et
al., 1996 a una temperatura de 26ºC, empleándose un termostato
con aplicación de sacudidas a la placa de microtitulación
calentable (firma DMG Medizintechnik GmbH, Offenburg, Alemania)). La
inoculación de las placas madre se llevó a cabo empleándose 10
\mul de una solución madre en glicerol de cepas individuales. El
resultado ha sido mostrado en (figura 3) y se ha llevado a cabo por
triplicado. La estimación de la actividad de la luciferasa ha sido
medida tras la adición de 100 \mul de solución de luciferina y se
midió con un lector de quimioluminiscencia Victor 1420 Multilabel
Counter (firma Wallac GmbH, Freiburg, Alemania). Para medir la
cinética, dada en la figura 9, se ha evaluado la actividad de la
luciferasa en cultivos paralelos en los instantes indicados.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
9
Correlación entre la señal de la luciferasa y
la proporción de los minianticuerpos funcionales. Se determinó
la cantidad de los minianticuerpos funcionales mediante el empleo
del ensayo ELISA, basado en el dominio extracelular del receptor
EGF humano. Se analizaron muestras de las células que expresan el
minianticuerpo a las 0 horas, al cabo de 1,5 horas, al cabo de 3,0
horas y al cabo de 4,5 horas con el fin de obtener una cinética del
producto. Los resultados muestran un rendimiento claramente
mejorado de los minianticuerpos funcionales, en función de que se
utilice la estrategia del aporte de los agentes promotores del
plegamiento (figura 6). Esto indica que la señal de la luciferasa,
determinada para el minianticuerpo con plegamiento incorrecto, es
indirectamente proporcional a la cantidad de los minianticuerpos
funcionales.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
10
Determinación cuantitativa de la cantidad
funcional de los minianticuerpos. Las cantidades de los
minianticuerpos antiEGFR funcionales se determinaron mediante un
enzimoinmunoanálisis de absorción (Enzyme-Linked
Immunosorbant Assay ELISA) funcional de acuerdo con los autores
Horn et al.^{1} empleándose el dominio extracitoplásmico
del EGER humano (Merck KGaA, Darmstadt, Alemania).
Claims (19)
-
\global\parskip0.950000\baselineskip
1. Un procedimiento para el seguimiento funcionalmente correcto del plegamiento o del plegamiento incorrecto de una proteína diana in vivo en un proceso recombinante que comprende la aplicación de un gen marcador, es decir bajo el control del promotor de la proteasa periplasmática DegP, a un sistema de expresión que expresa dicha proteína diana, siendo la producción del producto génico del gen marcador en dicho sistema de expresión una medida del plegamiento incorrecto de la proteína diana. - 2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que la secuencia promotora DegP está modificada en las proximidades del codón de iniciación del gen marcador, que está fusionado con el promotor en el sentido descendente.
- 3. Un procedimiento según la reivindicación 2, en el que dicho promotor DegP tiene la secuencia indicada en la figura 1.
- 4. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el gen marcador es el gen de luciferasa (luc^{+}).
- 5. Un procedimiento según la reivindicación 4, en el que se utiliza una caja génica DegP - luc^{+} clonada en un vector.
- 6. Un procedimiento según la reivindicación 5, en el que dicho vector es el plt1 que comprende las secuencias de ADN como se han indicado en la figura 7.
- 7. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que se sigue la producción del producto del gen marcador por medio de un procedimiento de medición de la cinética en línea.
- 8. Un procedimiento para la optimización del plegamiento funcionalmente correcto de una proteína diana en un procedimiento de expresión y de fermentación que comprende (i) el seguimiento del plegamiento de dicha proteína diana de conformidad con el método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, (ii) la modulación del plegamiento de la proteína mediante coexpresión del chaperón periplasmático Skp y/o adición de uno o más agentes que promuevan el plegamiento funcionalmente correcto de la proteína y, opcionalmente (iii) la repetición de la etapa (i) y (ii) hasta que se obtenga un óptimo de la proteína plegada funcionalmente correcta.
- 9. Un procedimiento según la reivindicación 8, en el que dicho agente promotor del plegamiento es un poliol y/o un derivado de la betaína.
- 10. Un procedimiento según la reivindicación 9, en el que dicho agente promotor del plegamiento se elige entre el grupo formado por glicerol, sorbitol, glicina betaína, hidroxiectoína.
- 11. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en el que se usa un sistema de expresión bacteriana.
- 12. Un procedimiento según la reivindicación 11, en el que dicho sistema de expresión bacteriana es E. coli.
- 13. Un procedimiento según la reivindicación 12, en el que dicha E. coli es RV308 (ATCC 31608).
- 14. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13, en el que se utiliza un sistema plásmido dual constituido por un primer plásmido, que comprende los genes promotores/marcadores y un segundo plásmido, que comprende el gen que codifica la proteína diana debiéndose optimizarse el plegamiento de la misma cuando es expresada.
- 15. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 14, en el que el seguimiento y la modulación se llevan a cabo en línea y simultáneamente durante la fase de producción.
- 16. Un procedimiento para la producción de una proteína diana recombinante que tiene propiedades de plegamiento optimizadas mediante cultivo de células huésped bacterianas en un nutriente y aislamiento y purificación de dicha proteína diana plegada optimizada, comprendido dicho procedimiento un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 15.
- 17. Un procedimiento según la reivindicación 16, en el que dicha proteína diana es una proteína de fusión.
- 18. Un procedimiento según la reivindicación 17, en el que dicha proteína de fusión es un Fv y/o minianticuerpo de cadena sencilla.
- 19. Un estuche para la expresión de una proteína diana que tiene propiedades de plegamiento mejoradas en un sistema celular huésped bacteriano, que comprende un primer paquete que comprende un plásmido que contiene el gen de dicha proteína diana, un segundo paquete, que comprende un plásmido, que contiene la caja génica DegP - luc^{+} y un tercer paquete que contiene las células huésped bacterianas, que son transformadas con dichos plásmidos.
\global\parskip1.000000\baselineskip
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EP01116371 | 2001-07-06 |
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