WO2010136992A1 - Method for purifying and restoring a recombinant protein - Google Patents

Method for purifying and restoring a recombinant protein Download PDF

Info

Publication number
WO2010136992A1
WO2010136992A1 PCT/IB2010/052368 IB2010052368W WO2010136992A1 WO 2010136992 A1 WO2010136992 A1 WO 2010136992A1 IB 2010052368 W IB2010052368 W IB 2010052368W WO 2010136992 A1 WO2010136992 A1 WO 2010136992A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
solution
renaturation
purification
agent
denaturing
Prior art date
Application number
PCT/IB2010/052368
Other languages
French (fr)
Inventor
Simon Crelier
Rémy DUFRESNE
Original Assignee
Fondation The Ark
Brennan, Gary
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fondation The Ark, Brennan, Gary filed Critical Fondation The Ark
Publication of WO2010136992A1 publication Critical patent/WO2010136992A1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07KPEPTIDES
    • C07K1/00General methods for the preparation of peptides, i.e. processes for the organic chemical preparation of peptides or proteins of any length
    • C07K1/107General methods for the preparation of peptides, i.e. processes for the organic chemical preparation of peptides or proteins of any length by chemical modification of precursor peptides
    • C07K1/113General methods for the preparation of peptides, i.e. processes for the organic chemical preparation of peptides or proteins of any length by chemical modification of precursor peptides without change of the primary structure
    • C07K1/1136General methods for the preparation of peptides, i.e. processes for the organic chemical preparation of peptides or proteins of any length by chemical modification of precursor peptides without change of the primary structure by reversible modification of the secondary, tertiary or quarternary structure, e.g. using denaturating or stabilising agents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07KPEPTIDES
    • C07K1/00General methods for the preparation of peptides, i.e. processes for the organic chemical preparation of peptides or proteins of any length
    • C07K1/14Extraction; Separation; Purification
    • C07K1/36Extraction; Separation; Purification by a combination of two or more processes of different types
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/14Hydrolases (3)
    • C12N9/24Hydrolases (3) acting on glycosyl compounds (3.2)
    • C12N9/2402Hydrolases (3) acting on glycosyl compounds (3.2) hydrolysing O- and S- glycosyl compounds (3.2.1)
    • C12N9/2405Glucanases
    • C12N9/2408Glucanases acting on alpha -1,4-glucosidic bonds
    • C12N9/2411Amylases
    • C12N9/2414Alpha-amylase (3.2.1.1.)
    • C12N9/2417Alpha-amylase (3.2.1.1.) from microbiological source

Definitions

  • the invention relates to a method for purifying and renaturing a protein. It relates more particularly to a process for purifying a recombinant protein accumulated in the form of insoluble inclusion bodies by prokaryotic or eukaryotic cells. This process comprises in particular a renaturation step, and makes it possible to drive the latter at a high protein concentration.
  • E. coli Escherichia coli
  • E. coli has been extensively studied since the 1960s, so it is one of the best known organisms today. All of this knowledge in biochemistry, genetics and molecular biology has been exploited to express proteins in large quantities.
  • This bacterium has several interesting properties with regard to the expression of proteins: it is easy to handle, it grows quickly in relatively inexpensive media and the laboratory strains are harmless.
  • all molecular biology laboratories use E. coli for other experiments (cloning, sequence ). This facility has made it the most popular expression system.
  • the production of recombinant proteins in the bacteria frequently leads to inactive proteins, aggregated in a solid form called the inclusion body. These are dense and can be found either in the cytoplasm or in the periplasmic space of the cell.
  • proteins must adopt a precise three-dimensional conformation. Native state, acquired during cellular refolding. However, many recombinant proteins are not produced in their native state, but are aggregated in a mostly biologically inactive Elat that is called inclusion bodies. The aggregation phenomenon described above leads to a significant reduction in productivity and efficiency for these expression systems, since it makes additional processing steps necessary in the process. Moreover, contrary to what is commonly accepted, inclusion body formation is not the prerogative of bacterial systems but is also observed in some eukaryotic cells.
  • inclusion bodies have the advantage of representing a concentrated and relatively pure form of the target molecule.
  • the denatured and insoluble form of the proteins that compose them makes them less susceptible to degradation by the proteases released during the cell lysing step.
  • somatropin bovine growth hormone
  • insulin insulin
  • EPO erythropoietin
  • TPA Tissue Plasminogen Activator
  • any recombinant protein expressed in a bacterium such as E. coli is likely to form inclusion bodies there if its level of expression is sufficiently high. This problem is therefore not specific to certain protein families. These inclusion bodies, granules of aggregated proteins sometimes visible in optical microscopy, greatly facilitate the purification of the protein. By cons they must then be solubilized, usually in the presence of a chaotropic agent, which causes their almost complete denaturation.
  • This application describes a process for the purification of a secreted protein in the form of inclusion bodies that are insoluble by a bacterium, characterized in that (a) after harvesting the microbial cells, the pellet ("peilet") or solid fraction combining the above-mentioned cell fragments and inclusion bodies is harvested; b) the pellet is suspended in a solution; of hydrosubstantially hydrophilic substance. c) the mixture of the sodium particles of the cuiot and the solution of water-soluble substance is injected dropwise into a solution of crystallization.
  • the protein is then renatured by removing denaturants in its environment; this is done by diluting the medium used for the dissolution of the inclusion bodies.
  • many proteins can not be corrected in this way and the result obtained does not always allow effective subsequent use of these recombinant proteins. Indeed, it is known that the protemes obtained by this kind of process are very good. degree of purification sufficient for certain experiments (in particular for immunizations) However, other uses, therapeutic in particular, require obtaining a purified solubie protein and having covered its original three-dimensional conformation
  • renaturation The most frequently used method for renaturation is dilution, which consists of diluting the soluble but denatured protein with a renaturation buffer. This is a simple method, but one that can lead to difficulties in commercial applications. Indeed, it requires the manipulation of large volumes of buffer for dilution, which necessitates a subsequent concentration step and increases the cost of the process [De Bernardez Clark, 1998]. Dilution is necessary, however, for refolding solution because high concentrations of protein promote the town, characterized by kinetic 2nd order ⁇ Schlegl et al., 2005), to the detriment of the parallel process and annealing competitor following as for him a kinetics of 1st order.
  • One possible solution to this problem is to use protein bearing a tag (commonly called “tag” in English) of type (His) 6 for example, and adsorbing them on an affinity column of "IMAC” type (Immobilized Metal Affinity Chromatography) carrying transition metal ions such as that Cu 2 , Co 2 , Ni 2 or Zn 2+ and for which Histidine has a high affinity (Hutchinson & Chase, 2006).
  • IMAC Immobilized Metal Affinity Chromatography
  • Other affinity markers such as intein, glutathione-S-transferase, MBP (maltose binding protein) or calmodulin binding peptide (CBP) are also used, with their respective advantages and disadvantages.
  • the (His) 6 for example has, by its small size, the property of being functional both under native and denaturing conditions.
  • high hydrostatic pressures are used to promote folding of the recombinant proteins to their native structure even at high concentrations.
  • the principle and examples of applications of this technology developed and operated by BaroFold, Inc. are described in publications (Randolph et al., 1999 and 2002) as well as in a series of patent applications (AU 2007202306, WO 2007062174). Although this method has proved its effectiveness in many applications, the equipment to reach pressures of several kbar are however extremely expensive and the residence time in the machine can reach 24 hours.
  • the invention described hereinafter makes it possible to work on a large scale, with a high concentration of proteins, with inexpensive materials, under easily reproducible conditions and with a high yield.
  • the use of high protein concentrations thus makes it possible to reduce the volumes and thus to facilitate their handling.
  • the present invention relates primarily to a method for purifying and renaturing a recombinant protein accumulated in the form of an insoluble inclusion body by prokaryotic or eukaryotic cells, characterized in that: a) the inclusion bodies are harvested under in the form of a pellet after lysis of the prokaryotic or eukaryotic cells and centrifugation, b) the pellet is put in the presence of a denaturing solution containing at least one denaturing agent and / or a reducing agent and / or a detergent agent, in order to dissolve the proteins contained in the pellet at high concentration, c) dissolving a gelling polymer in the denaturing solution, d) contacting the denaturing solution comprising the gelling poly
  • the invention also relates to a kit and an apparatus for carrying out the method for purifying and renaturing a recombinant protein accumulated in the form of an insoluble inclusion body by prokaryotic or eukaryotic cells.
  • Figure 1 represents a conventional scheme of isolation, solubilization and renaturation of recombinant proteins accumulated in a host cell in the form of inclusion bodies.
  • Figure 3 shows the release kinetics of guanidiniun chloride
  • recombinant protein a protein produced by cells (eukaryotes or prokaryotes) whose DNA (deoxyribonucleic acid) has been modified by genetic recombination.
  • an expression vector generally a plasmid or a virus for eukaryotic vectors
  • Any protein capable of being produced by cells (eukaryotic or prokaryotic) and whose DNA (deoxyribonucleic acid) has been modified by genetic recombination is concerned by this invention.
  • protein By protein is meant a macromolecule composed of one or more chain (s) (or sequence (s)) of amino acids linked together by peptide bonds.
  • chain s
  • sequence s
  • the present invention also contemplates a method of purifying and renaturing a recombinant protein of less than 50 amino acids or peptides (as defined above) accumulated as an inclusion body insoluble by cells. prokaryotes or eukaryotes.
  • the recombinant protein is produced by prokaryotic or eukaryotic host cells.
  • Prokaryotic cells lack a cell nucleus and are generally unicellular. They include bacteria, cyanobacteria, archaebacteria. Their genetic material is diffuse circular deoxyribonucleic acid (DNA or DNA) in the cytoplasm of the cell.
  • Prokaryotic cells are considered more evolutionarily primitive and generally have fewer genes than eukaryotic cells.
  • Eukaryotic cells are characterized primarily by the fact that they have a nucleus composed of a double membrane surrounding the DNA. These cells include all the organisms included in four great kingdoms of the living world: animals, fungi, plants and protists.
  • heterologous protein expressed by a eukaryotic or prokaryotic E. coli cell.
  • the main problem encountered is the formation of inclusion bodies insoluble in the cytoplasm of these host cells. Indeed, in E. coli, the important expression of heterologous proteins often leads to the appearance of granules called insoluble inclusion bodies which are visible by phase contrast microscopy. They generally contain the overexpressed recombinant protein as well as nucleic acids and some bacterial proteins.
  • insoluble inclusion bodies can be quite easily isolated thus making it possible to obtain the recombinant protein with a good degree of purification, which is sufficient for certain experiments (in particular for conventional immunizations).
  • approaches such as therapeutic treatments with peptides or antibodies, require the production of a purified soluble protein and being in a native conformation, or as close as possible to this conformation.
  • the recombinant protein e & l produced in the form of insoluble inclusion bodies Classically we will abofd concentrate buoaryofes cells or prokaryotos from the culture medium of these oo ⁇ uios, conî ⁇ fugaîion or ultrafiltration.
  • the present invention thus advantageously relates to the renaturation of all recombinant proteins (hormones, growth factors, antibodies, etc.) which tend to, or are likely to form, inclusion bodies during known purification processes.
  • Lysis of eukaryotic or prokaryotic cells is then achieved by disrupting the plasma membrane of these cells by the action of a physical, chemical or biological agent, thereby leading to death of the cell.
  • Step a) The inclusion bodies are then reooled by centrifugation. During this digestion, the bumage contains the biotic constituents of the bacterium. However, the particulate fraction thus recovered, oncoro, called cuiot, contains in addition to the insoluble inclusion phases containing the enzymes. recombinant, non-shed cells. cell debris and protein contaminants, solubias or not
  • the pellet is washed, prior to the dissolution step, with an aqueous buffer solution to remove soluble contaminants.
  • Buffer solutions commonly used are, depending on the desired pH, of the acetate, citrate, phosphate, tris or glycine type and any other buffer which a person skilled in the art will deem useful to use.
  • the denaturing solution comprises at least one denaturing agent selected from chaotropic agents known to those skilled in the art such as urea or guanidinium chloride, these examples not being limiting.
  • the role of this denaturing agent is to cause the dissociation of proteins by altering their spatial configuration or their conformation.
  • the solution may also contain at least one reducing agent, selected from the non-limiting group comprising ⁇ -mercaptoethanol, glycine, dithiothreitol (DTT), dithioeryhtritol (DTE) or glutathione.
  • DTT dithiothreitol
  • DTE dithioeryhtritol
  • glutathione glutathione.
  • concentrations are low, usually between 0.2 and 10 mM, but preferably between 0.5 and 5 mM.
  • the concentrations commonly used for DTT are higher, of the order of 10 mM (usually between 5 and 50 mM).
  • the solution may also contain a detergent agent known to those skilled in the art and which may be selected from the non-limiting group comprising anionic, neutral, cationic or zwitterionic detergents.
  • a detergent agent known to those skilled in the art and which may be selected from the non-limiting group comprising anionic, neutral, cationic or zwitterionic detergents.
  • the detergent agent will be selected from the non-exhaustive group including Triton X100, CHAPS, dodecyl maltoside, DTAB, CTAB.
  • the recombinant protein solubilized, it can, if necessary, easily separate by filtration or centrifugation of cell debris and other insoluble particles resulting from the lysis step.
  • the cells can be lysed and the insoluble solid material recovered (after centrifugation and / or filtration and washing).
  • This solid fraction contains cell debris and inclusion bodies.
  • These can be dissolved by contacting the centrifugation pellet with a denaturing solution containing at least one denaturing agent and / or a reducing agent and / or a detergent agent, in order to dissolve the proteins contained in the high concentration pellet, and isolating by centrifugation and / or filtration the supernatant containing the denatured target molecule,
  • the gelling polymers most commonly encountered include, among other examples, alginate, carrageenan, chitosan, pectin, starch (modified or not), gelatin, cellulose sulfate, carboxymethylcellulose , xanthan gum, locust bean gum, gellan gum or agar agar.
  • gelatin and other proteins also have interesting properties vis-à-vis the formation of more or less permeable gels.
  • Synthetic polymers giving rise to the formation of a hydrogel are also usable, as long as the gel can be broken down at the end of the renaturation process, whether by dissolution or degradation of the polymer.
  • the so-called smart polymers which have the property of changing phase according to the temperature are another possibility of confinement of the denatured protein.
  • Carrageenan (or carrageenan) is a polysaccharide extracted from red algae as a thickening and stabilizing agent in the food industry. It bears the code E407 of the classification of food additives. Carrageenans make it possible to form hot gels (up to 60 0 C) and are therefore of interest compared to traditional animal gelatins.
  • a more preferred polysaccharide according to the present invention is alginate.
  • Alginate is a polymer formed from two monomers bonded together: mannuronate or mannuronic acid and guluronate or guluronic acid. The proportion and distribution of these two monomers is a major determinant of the physical and chemical properties of alginate.
  • Alginates can form hard, heat-stable gels used as food additives (E400 to E405) for the reconstruction of food (ham, blue strings, breaded fish ).
  • Alginate beads can also be used in medicine to encapsulate drugs or fragile biological substances (enzymes, microorganisms, animal or human cells).
  • concentration of alginate used according to the invention is between 1 and 10%, preferably between 2 and 5%.
  • concentrations can also be advantageously applied to other gelling polymers.
  • concentration will be between 1 and 10%, preferably between 2 and 5%.
  • compositions as well as the solubility and viscosity properties of these different gelling polysaccharides depend to a large extent on their origin, the state of the matrix from which they were extracted and the steps in the process of their preparation. manufacturing.
  • composition distributed of manuronate and guluronate residues
  • the molecular weight, the viscosity and the gelling properties of an alginate can vary significantly between several suppliers, or even between several production batches from the same supplier. This is why the concentrations mentioned above are indicative and should be adjusted by those skilled in the art.
  • the choice and concentration of the encapsulation matrix will be made by those skilled in the art depending on the size and the charge of the protein as well as its activity. For example, better retention can be achieved by encapsulating a positively charged protein (at a pH below its isoelectric point) within a negative charge matrix.
  • concentrations for glutathione are of the order of 0.5 to 5 mM, preferably around 1-2 mM.
  • concentrations for amino acids such as glycine or proline, concentrations of between 50 mM and 1 M, and preferably around 400 mM, are commonly employed.
  • Glycerol is often used at concentrations in the region of 5%, ammonium sulphate at around 200 mM.
  • Glucose finally, is often added to the renaturation medium to the extent of a few% (5%, usually).
  • the contact between the denaturing solution and the bath causing the gelation of the polymer is carried out by dropping the denaturing solution into the bath, thus causing the polymer to gel.
  • any other technique for obtaining capsules or polymer beads is suitable for carrying out the present invention.
  • the diameter of the beads thus obtained may typically be between 1 and 10 mm, but an extrusion in the form of spaghetti or a bulk or other form of gelation is also possible.
  • the tests carried out by the applicant of the present invention have shown that large logs (4-5 mm in diameter) do not constitute a handicap insofar as the denaturing agent can still escape rather quickly and where the The target protein was better retained by 4-5 mm beads than by smaller beads.
  • the bath causing the gelation of the polymer consists of a solution of calcium salts.
  • the most commonly used calcium chloride is between 2 and 10%, even more preferably around 5% but depending on the applications and the method of manufacture of the capsules may be used other calcium derivatives (calcium lactate for example) .
  • Carrageenan can be gelled either by cooling (gel thermal), either by ionic interactions between the polysaccharide and potassium ions (K +). Potassium salts (KCl most often) are used in gelling baths at concentrations between 2 and 10%, even more preferably at around 5%.
  • Chitosan which is soluble in a slightly acidic medium, can itself be gelled either by a change in pH (the chitosan solution is extruded in a NaOH bath between 0.1 and 1.0 M, preferably around 0.5 M) or at room temperature. using sodium tripolyphosphate.
  • Pectins with a low degree of methylation can be solidified using calcium solutions at the same concentrations as for alginate.
  • Cellulose sulphate is gelled by complexation with other polyelectrolytes such as poly (diallyldimethylammonium chloride) chloride (p-DADMAC) in equivalent concentrations.
  • p-DADMAC poly (diallyldimethylammonium chloride) chloride
  • the inventors of the present invention have noticed that the use of a gelling polymer to encapsulate the denatured proteins and in solution in the denaturing solution made it possible to obtain a high degree of renaturation of the denatured recombinant protein. while limiting the aggregation of these same proteins.
  • the denaturing agent and / or the reducing agent and / or the detergent agent which are molecules of relatively small size, are allowed to diffuse through the gelled matrix, thus reducing the concentration of these substances at values allowing the renaturation of the protein.
  • the diffusion of the denaturing agent and / or the reducing agent and / or the detergent agent through the solution thus gelled comprising the encapsulated denatured proteins is carried out by bringing into contact said encapsulated denatured proteins, generally in the form of capsules or beads, in the presence of water, preferably distilled or a buffer providing the protein pH conditions favorable to its stability.
  • the volume of distilled water is in general 10 to 30 times, preferably 20 times, larger than the volume of beads.
  • a slight agitation can be applied to allow a faster and more homogeneous diffusion.
  • the target molecule will thus be placed in conditions favorable to its renaturation and limiting its tendency to agglomeration. This renaturation process makes it possible to obtain excellent results.
  • the temperature can be maintained at a value known to those skilled in the art and guaranteeing the stability of the protein for the duration of this step.
  • the capsules containing the denatured proteins are put in the presence of a solution allowing the dissolution of the gel.
  • the latter is selected from solutions of sodium citrate, EDTA or sodium fluoride, are compounds known to those skilled in the art and for complexing calcium, thus leading to the disintegration of the alginate network.
  • a buffered sodium citrate solution is used at one of the following concentrations: 100 mM, 200 mM, 300 mM or 50 mM, with a preference for a concentration of 200 mM.
  • concentrations can also be advantageously applied to the other compounds at the base of the solution allowing dissolution of the gel.
  • concentration of the solution allowing the dissolution of the gel will be between (approximately) 100 mM and 500 mM.
  • the present invention also comprises an apparatus for carrying out the method of purification and renaturation of an accumulated recombinant protein in the form of an inclusion body that is insoluble by prokaryotic or eukaryotic cells as described above.
  • the present invention also comprises a kit for carrying out the method of purification and renaturation of a recombinant protein accumulated in the form of an insoluble inclusion body by prokaryotic or eukaryotic cells as described above.
  • This kit may comprise, inter alia, i) the denaturing agent and / or the reducing agent and / or the detergent agent in general in the form of solutions, ii) a gelling polymer, iii) the compounds for the preparation of the bath causing gelling said gelling polymer, iv) compounds for the preparation of a dissolution solution of the gel and, optionally, v) prokaryotic or eukaryotic cells necessary for the expression of the recombinant protein.
  • the kit may also comprise an expression vector (plasmid or other) necessary for the expression of the recombinant protein of interest.
  • the first example below is a proof of concept that demonstrates that a protein entrapped in an alginate matrix diffuses much more slowly than the denaturing agent that is also encapsulated therein.
  • the model chosen for the protein is ovalbumin, with a molecular weight of approximately 45 kDa, and isoelectric point 4.6.
  • the second example shows a renaturation test of B. amyloliquefaciens ⁇ -amylase (molecular weight 55 kDa, isoelectric point around 5.2) at high concentration (10 mg / ml) carried out in two different ways:
  • the denaturing agent (guanidinium chloride) was removed by dialysis, the enzyme remaining in solution inside the dialysis chamber.
  • Example 1 Proof of concept - measurements of diffusion rates of BSA and guanidinium chloride out of an alginate matrix.
  • the balls were recovered and drained with a strainer before being immersed in a container containing 190 ml of Tris buffer solution. mM at pH 7.0. The suspension was stirred with a magnetic bar. The migration of guanidinium chloride and ovalbumin from the alginate matrix to the outer solution was measured from this moment onwards.
  • GdnCL was done continuously by conductimetry.
  • the concentration of ovalbumin in the liquid was determined by regular sampling and by measuring the absorbance of the solution at 280 nm.
  • FIG. 2 shows exactly the same trends for larger beads, 5 mm in diameter. It is also noted for the two sizes of beads that ovalbumin, because of its size, diffuse for its part that much slower out of the matrix of alginate.
  • FIG. 2 also demonstrates the influence of the alginate concentration on the release rate of the components: first observation, a gel with 5% alginate does not seem to retain the denaturing agent more strongly than a gel with 2 % this is not too surprising given the small size of the GdnCl molecule.
  • Ovalbumin on the other hand, with a molecular weight of 45 kDa, is released much less rapidly from a 5% alginate gel than from a 2% gel.
  • the "tighter" network of the 5% gel therefore retains better the protein studied here.
  • EXAMPLE 2 Renaturation of the high concentration amyloliquefaciens ⁇ -amylase - comparison of the method by dialysis and by diffusion of the denaturing agent out of an alginate matrix.
  • the concentration of the denaturing agent was measured by conductimetry as described in Run 1.
  • ⁇ -amylase and therefore the concentration of native enzyme was determined during the various tests using a Phadebas® commercial kit marketed by Magie AB, Lund (Sweden). This consists of a modified starch, onto which has been grafted a dye which solubilizes as the substrate is degraded by the amylase. The measurements were carried out according to the following general protocol:
  • the resulting suspension was then filtered through a 0.45 ⁇ m membrane using a syringe and the absorbance of the supernatant measured at 620 nm (blue color due to the solubilized dye) against a negative control sample where the enzyme solution was replaced by phosphate buffer.
  • the purpose of this test is to compare the renaturation yields at high concentration of ⁇ -amylase obtained either by dialysis or by the method proposed in the present invention.
  • the concentrated enzyme (10 mg / ml) is in solution and is therefore free to form aggregates.
  • the enzyme is immobilized in a gel allowing its renaturation but limiting its mobility, so that the aggregation is strongly inhibited.
  • the denatured enzyme (10 mg / ml) and the denaturing agent (3.0 M) were encapsulated in an alginate matrix.
  • the capsules thus formed were immersed in a buffer solution, which allowed rapid removal of the denaturing agent, as demonstrated in Test 1.
  • the beads were then recovered and dissolved by complexation of calcium with citrate. Amylase activity was measured before denaturation and after renaturation treatment.
  • the activity of the enzyme was measured at each stage of the experiment and is reported in Table 1 below. It contains the enzyme concentration C am yiase mg protein per ml, the enzyme activity per unit volume A VO ⁇ , the specific activity A sp ec (in units per mg protein) and finally the activity relative A re ⁇ expressed in% of the activity of the native enzyme. The whole experiment took place at room temperature.
  • the aim is to encapsulate the denatured enzyme at high concentration in an alginate matrix in the presence of guanidinium chloride, to allow the latter to rapidly diffuse out of the beads before recovering them and to immerse them in a solution of citrate of sodium to dissolve the gel and recover a concentrated and active enzyme.
  • ⁇ -amylase 200 mg were weighed before being transferred to a 20 ml graduated flask. About 10 ml of 0.1 M phosphate buffer pH 7.0 containing 0.5 mM CaCb- was transferred to the gauge to dissolve the enzyme. After dissolution of the enzyme, 5.732 g of guanidinium chloride (corresponding to 3.0 M when dissolved in 20 ml) was added to the enzyme solution and the volume was supplemented to a total of about 19.5 ml. The mixture was then left at room temperature for 16 hours in order to denature the enzyme as completely as possible.
  • the enzyme solution was transferred to a 50 ml beaker and 0.8 g of alginate added to give a 4% solution of the latter. It was stirred gently with a spatula to dissolve the alginate without generating too much air bubbles. If necessary, these can be effectively removed by centrifugation or by placing the solution under vacuum.
  • a 10 ml syringe was filled with the mixture, which was dropped into 490 ml of a 5% CaCl 2 solution. The beads thus formed were left for 1 h with gentle stirring. This time is long enough to allow the complete elimination of the denaturing agent and allow the renaturation of the enzyme, while being short enough to ensure good retention of the latter.
  • the 10 ml of beads were then collected using a strainer and transferred to 90 ml of 500 mM sodium citrate pH 5.0 to dissolve the alginate and recover the soluble and renatured enzyme.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Peptides Or Proteins (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for purifying and restoring a protein. The invention specifically relates to a method for purifying a recombinant protein built-up in the form of insoluble inclusion bodies by prokaryotic or eukaryotic cells. The method particularly comprises a restoring step, and makes it possible to carry out said step at a high protein concentration.

Description

Procédé de purification et de renaturation d'une protéine recombinante Process for purification and renaturation of a recombinant protein
L'invention concerne un procédé de purification et de renaturation d'une protéine. Elle se rapporte plus particulièrement à un procédé de purification d'une protéine recombinante accumulée sous forme de corps d'inclusion insolubles par des cellules procaryotes ou eucaryotes. Ce procédé comprend en particulier une étape de renaturation, et permet de conduire cette dernière à haute concentration de protéine.The invention relates to a method for purifying and renaturing a protein. It relates more particularly to a process for purifying a recombinant protein accumulated in the form of insoluble inclusion bodies by prokaryotic or eukaryotic cells. This process comprises in particular a renaturation step, and makes it possible to drive the latter at a high protein concentration.
Il existe un très grand nombre de systèmes d'expression (combinaison cellule hôte/vecteur de gène) spécifiques pour chaque protéine ou famille de protéines recombinantes. Le choix du système d'expression est essentiellement guidé par les modifications que la protéine doit subir pour être biologiquement active.There are a very large number of expression systems (host cell / gene vector combination) specific for each protein or family of recombinant proteins. The choice of the expression system is essentially guided by the modifications that the protein must undergo to be biologically active.
Jusqu'au milieu des années 90, la bactérie, et plus particulièrement Escherichia coli (E. coli), était l'hôte de choix pour produire une protéine recombinante. E. coli a été très étudiée depuis les années 60, si bien que c'est un des organismes actuellement les mieux connus. L'ensemble de ces connaissances en biochimie, génétique et biologie moléculaire a été exploité pour exprimer des protéines en grande quantité. Cette bactérie a plusieurs propriétés intéressantes vis- à-vis de l'expression de protéines : elle est facile à manipuler, elle pousse vite dans des milieux relativement peu coûteux et les souches de laboratoires sont inoffensives. De plus tous les laboratoires de biologie moléculaire utilisent E. coli pour d'autres expériences (clonage, séquence...). Cette facilité en a fait le système d'expression le plus populaire. Par contre la production de protéines recombinantes dans les bactéries mène fréquemment à des protéines inactives, agrégées sous une forme solide appelée corps d'inclusion. Ceux-ci sont denses et peuvent se trouver soit dans le cytoplasme soit dans l'espace périplasmique de la cellule.Until the mid-1990s, the bacterium, and more specifically Escherichia coli (E. coli), was the host of choice for producing a recombinant protein. E. coli has been extensively studied since the 1960s, so it is one of the best known organisms today. All of this knowledge in biochemistry, genetics and molecular biology has been exploited to express proteins in large quantities. This bacterium has several interesting properties with regard to the expression of proteins: it is easy to handle, it grows quickly in relatively inexpensive media and the laboratory strains are harmless. In addition all molecular biology laboratories use E. coli for other experiments (cloning, sequence ...). This facility has made it the most popular expression system. On the other hand, the production of recombinant proteins in the bacteria frequently leads to inactive proteins, aggregated in a solid form called the inclusion body. These are dense and can be found either in the cytoplasm or in the periplasmic space of the cell.
Actuellement, avec le développement des technologies de cultures cellulaires, environ 70 à 80 % des protéines d'intérêt sont produites dans des cellules animales. La plupart des anticorps recombinants humains ou humanisés sont produits dans des cellules-hôtes de ce type (Brekke & Leset, 2003). En effet, malgré une vitesse de croissance beaucoup plus lente et une grande fragilité notamment vis-à-vis de l'agitation, les cellules animales ont la propriété de glycosyler les protéines qu'elles synthétisent. En tant que modification post-traductionnelle, cette glycosylation est nécessaire à l'activité biologique de molécules comme les anticorps thérapeutiques.Currently, with the development of cell culture technologies, approximately 70-80% of the proteins of interest are produced in animal cells. Most human or humanized recombinant antibodies are produced in such host cells (Brekke & Leset, 2003). Indeed, despite a much slower growth rate and a great fragility especially with respect to agitation, animal cells have the property of glycosylating the proteins they synthesize. As a post-translational modification, this glycosylation is necessary for the biological activity of molecules such as therapeutic antibodies.
Pour remphr leur fonction, les protéines doivent adopter une conformation tridimensionnel^ précise. S'etat natif, acquise au cours du repliement cellulaire. Cependant, de nombreuses protéines recombinantes ne sont pas produites dans leur état natif, mais s'agrègent dans un élat le plus souvent biologiquement inactif, que l'on appelle corps d'inclusion. Le phénomène d'agrégation decπt ci-avant conduit à une réduction importante de productivité et de rendement pour ces systèmes d'expression, car il rend nécessaires des étapes de traitement supplémentaires clans le processus. De plus, contrairement à ce qui est couramment admis, la formation des corps d'inclusion n'est pas l'apanage des systèmes bactériens mais s'observe également chez certaines cellules eucaryotes.To restore their function, proteins must adopt a precise three-dimensional conformation. Native state, acquired during cellular refolding. However, many recombinant proteins are not produced in their native state, but are aggregated in a mostly biologically inactive Elat that is called inclusion bodies. The aggregation phenomenon described above leads to a significant reduction in productivity and efficiency for these expression systems, since it makes additional processing steps necessary in the process. Moreover, contrary to what is commonly accepted, inclusion body formation is not the prerogative of bacterial systems but is also observed in some eukaryotic cells.
Ces corps d'inclusion ont cependant l'avantage de représenter une forme concentrée et relativement pure de la molécule-cible. De plus, la forme dénaturée et insoluble des protéines qui les composent les rend moins susceptibles à une dégradation par les protéases libérées lors de l'étape de lyse cellulaire.These inclusion bodies, however, have the advantage of representing a concentrated and relatively pure form of the target molecule. In addition, the denatured and insoluble form of the proteins that compose them makes them less susceptible to degradation by the proteases released during the cell lysing step.
Ce mode de production est donc toujours fréquemment rencontré dans des développements industriels. Des exemples connus concernent par exemple certains procédés de fabrication de la somatropine (hormone de croissance bovine), de l'insuline, de l'érythropoïétine (EPO) ou du TPA (Tissue Plasminogen Activator), un agent thrombolytique. Mais dans la pratique, toute protéine recombinante exprimée dans une bactérie telle que E. coli est susceptible d'y former des corps d'inclusion si son taux d'expression est suffisamment élevé. Cette problématique n'est donc pas spécifique à certaines familles de protéines. Ces corps d'inclusion, granules de protéines agrégées parfois visibles en microscopie optique, facilitent grandement la purification de la protéine. Par contre ils doivent ensuite être solubilisés, le plus souvent en présence d'un agent chaotropique, ce qui provoque leur dénaturation quasi-complète. C'est pourquoi la solubilisation doit impérativement être suivie d'une étape de repliement (ou renaturation) in vitro. Cette dernière étape est empirique, nécessite une mise au point fastidieuse spécifique pour chaque protéine, et son rendement est souvent faible. Ainsi la principale difficulté de ce genre de procédé est de convertir une protéine inactive et insoluble en une protéine active et soluble avec le plus haut rendement possible et de la manière la plus économique possible. Un autre point important est qu'aucune variation du procédé ne doit apparaître lors de la mise à l'échelle industrielle ; ce procédé doit être facilement automatisable et être générique pour une large gamme de protéines similaires afin que la technologie ne doive pas être réinventée à chaque fois. La Figure 1 montre une séquence d'étapes couramment utilisées pour l'isolation des corps d'inclusion, leur solubilisation et la renaturation de la protéine-cible.This mode of production is therefore frequently encountered in industrial developments. Known examples relate, for example, to certain processes for the manufacture of somatropin (bovine growth hormone), insulin, erythropoietin (EPO) or TPA (Tissue Plasminogen Activator), a thrombolytic agent. But in practice, any recombinant protein expressed in a bacterium such as E. coli is likely to form inclusion bodies there if its level of expression is sufficiently high. This problem is therefore not specific to certain protein families. These inclusion bodies, granules of aggregated proteins sometimes visible in optical microscopy, greatly facilitate the purification of the protein. By cons they must then be solubilized, usually in the presence of a chaotropic agent, which causes their almost complete denaturation. This is why the solubilization must imperatively be followed by a folding step (or renaturation) in vitro. This last step is empirical, requires a tedious focus specific for each protein, and its yield is often low. Thus the main difficulty of this kind of process is to convert an inactive and insoluble protein into an active and soluble protein with the highest possible yield and in the most economical way possible. Another important point is that no variation of the process should occur during industrial scale-up; this process must be easy to automate and be generic for a wide range of similar proteins so that the technology does not have to be reinvented each time. Figure 1 shows a sequence of commonly used steps for isolation of inclusion bodies, their solubilization and renaturation of the target protein.
La demande internationale de brevet WO9202540, déposée au nom deInternational Patent Application WO9202540, filed in the name of
BioEurope, décrit précisément un de ces procédés de purification, avec cependant une approche différente de celle décrite à la Figure 1. Cette demande chvuigue un procède de purification d'une protéine sécrétée sous forme de corps d'inclusion insolubles par une bactérie, caractérisé en ce que : a ) on récoite, après broyage des cellules microbiennes el cenlπfugaϋon, LÎΠ culot («. peilet ») ou fraction solide réunissant les fragments cellulaires et ies corps d'inclusion susmentionnés, b) on met le culot en suspension dans une solution de substance hydrosoiubie pouvant être gehfiée. c) on injecte goutte à goutte le mélange des particules soudes du cuiot et de ia solution de substance hydrosoiubie, dans une solution de geiificaîion. par exemple une solution contenant des cations muitivaients, réalisant ainsi S'encapsuSation des particuies solides du culot dans ia substance gélifiée, d) on met les peilets encapsulés en suspension dans une solution de dissolution contenant au moins un agent chaotropique et éventuellement un agent réducteur, e) on obtient ia protéine dénaturée et purifiée en solution, ies débris cellulaires et autres composes insolubles restant prisonniers de la matrice gélifiée. Cette approche permet donc de séparer de façon simple et efficace les cυrps d inclusion (soit le produit d'intérêt) des fragments cellulaires, une étape impoi tante ot difficile à maîtriser mais souvent occultée dans les descriptions de la littérature. Un inconvénient majeur de cette approche réside dans le fait qu'on va solubiliser d'autres composés en même temps que les corps d'inclusion, réduisant ainsi la pureté du produit ainsi récupéré par rapport à l'isolation directe de corps d'inclusion solides. La renaturation devra donc se faire en présence de quantités plus ou moins importantes de contaminants, qui peuvent avoir un impact négatif sur les rendements de renaturation. De plus cette demande internationale ne va pas au-delà de la solubilisation des corps d'inclusion, et ne traite en aucune manière des moyens d'obtenir une protéine native à partir du matériel dénaturé, si ce n'est par les méthodes classiques de dilution.BioEurope describes precisely one of these purification methods, with however a different approach to that described in FIG. 1. This application describes a process for the purification of a secreted protein in the form of inclusion bodies that are insoluble by a bacterium, characterized in that (a) after harvesting the microbial cells, the pellet ("peilet") or solid fraction combining the above-mentioned cell fragments and inclusion bodies is harvested; b) the pellet is suspended in a solution; of hydrosubstantially hydrophilic substance. c) the mixture of the sodium particles of the cuiot and the solution of water-soluble substance is injected dropwise into a solution of crystallization. for example a solution containing cations muitivaients, thus making encapsulation of solid particles of the pellet in the gelled substance, d) the encapsulated peels are suspended in a solution of dissolution containing at least one chaotropic agent and optionally a reducing agent, e) the denatured and purified protein is obtained in solution, cellular debris and other insoluble compounds remaining trapped in the gelled matrix. This approach makes it possible to separate This is a simple and effective way of incorporating (ie the product of interest) the cell fragments, an important step that is difficult to master but often obscured in the descriptions of the literature. A major drawback of this approach lies in the fact that other compounds will be solubilized at the same time as the inclusion bodies, thus reducing the purity of the product thus recovered relative to the direct insulation of solid inclusion bodies. . Renaturation should therefore be done in the presence of more or less significant amounts of contaminants, which can have a negative impact on renaturation yields. Moreover, this international application does not go beyond the solubilization of the inclusion bodies, and does not in any way deal with the means of obtaining a native protein from the denatured material, except by the conventional methods of dilution.
La protéine est ensuite renaturée par suppression des agents dénaturants dans son environnement ; ceci est réalisé en diluant le milieu ayant servi à la dissolution des corps d'inclusion. Pdr ailleurs, bon nombre de protéines ne peuvent être ronatureos do la sorte ot Io résultat obtenu ne permet pas toujours uno utilisation ultérieure efficace de ces protéines recombinantes En effet il est connu que les protemes obtenues par ce genre de procède le sont avec un très bon degré de purification suffisdnt pour certaines expériences (en particulier pour des immunisations) Cependant d autres utilisations, thérapeutiques notamment, requièrent l'obtention d'une protéine solubie purifiée et ayant recouvre sa conformation tridimensionnelle originaleThe protein is then renatured by removing denaturants in its environment; this is done by diluting the medium used for the dissolution of the inclusion bodies. On the other hand, many proteins can not be corrected in this way and the result obtained does not always allow effective subsequent use of these recombinant proteins. Indeed, it is known that the protemes obtained by this kind of process are very good. degree of purification sufficient for certain experiments (in particular for immunizations) However, other uses, therapeutic in particular, require obtaining a purified solubie protein and having covered its original three-dimensional conformation
La demande internationale de brevet WO9402625, déposée au nom d'Immunex Corporation, ne propose pas non plus de procédé de renaturation efficace et fiable. En effet, cette demande décrit un procédé d'isolation d'un polypeptide de recombinaison produit sous forme d'un composant d'une fraction insoluble dans une cellule hôte transformée, consistant à emprisonner les cellules hôtes (avant ou après la lyse de celles-ci) dans une matrice poreuse; à briser, si cela n'avait pas déjà été fait, la membrane des cellules hôtes pour permettre la diffusion des protéines solubles contenues dans lesdites cellules; à laver les cellules hôtes emprisonnées pour en extraire les protéine solubles, tout en laissant la fraction insoluble dans la matrice poreuse; et à mettre en contact la fraction insoluble dans la matrice poreuse avec un agent chaotropique afin d'isoler le polypeptide de recombinaison de la fraction insoluble. Là encore, les aspects liés à la renaturation et au rendement de cette dernière étape ne sont pas décrits dans l'invention.International Patent Application WO9402625, filed in the name of Immunex Corporation, also does not provide an efficient and reliable renaturation method. Indeed, this application discloses a method of isolating a recombinant polypeptide produced as a component of an insoluble fraction in a transformed host cell, which comprises entrapping the host cells (before or after the lysis of these cells). ci) in a porous matrix; to break, if it had not already been done, the membrane of the host cells to allow the diffusion of the soluble proteins contained in said cells; washing the trapped host cells to extract soluble proteins, while leaving the insoluble fraction in the porous matrix; and to bring the insoluble fraction into contact with porous matrix with a chaotropic agent to isolate the recombinant polypeptide from the insoluble fraction. Again, aspects related to the renaturation and the yield of this last step are not described in the invention.
Les deux demandes de brevet citées plus haut, bien qu'utilisant des matériaux et une approche similaires, ne traitent pour l'essentiel que de la solubilisation facilitée d'une protéine recombinante à partir de corps d'inclusion, tout en maintenant les résidus solides prisonniers dans une matrice de type hydrogel. La phase de renaturation de la protéine recombinante ainsi solubilisée, pourtant critique et le plus souvent limitante en termes de coûts et de temps, n'y est pour ainsi dire pas abordée.The two patent applications cited above, while using similar materials and approach, essentially only treat the facilitated solubilization of a recombinant protein from inclusion bodies, while maintaining solid residues. prisoners in a hydrogel-like matrix. The renaturation phase of the recombinant protein thus solubilized, however critical and most often limiting in terms of costs and time, is hardly addressed.
La méthode la plus fréquemment utilisée pour réaliser une renaturation est la dilution, qui consiste à diluer la protéine soluble mais dénaturée à l'aide d'un tampon de renaturation. C'est une méthode simple, mais qui peut conduire à des difficultés lors d'applications commerciales. En effet, elle requiert la manipulation de grands volumes de tampon pour la dilution, ce qui rend nécessaire une étape ultérieure de concentration et augmente le coût du procédé [De Bernardez Clark, 1998]. La dilution est cependant nécessaire pour la renaturation en solution car les hautes concentrations de protéine favorisent l'agglomération, caractérisée par une cinétique de 2eme ordre {Schlegl et al., 2005), au détriment du processus parallèle et concurrent de renaturation, qui suit quant à lui une cinétique de 1er ordre.The most frequently used method for renaturation is dilution, which consists of diluting the soluble but denatured protein with a renaturation buffer. This is a simple method, but one that can lead to difficulties in commercial applications. Indeed, it requires the manipulation of large volumes of buffer for dilution, which necessitates a subsequent concentration step and increases the cost of the process [De Bernardez Clark, 1998]. Dilution is necessary, however, for refolding solution because high concentrations of protein promote the town, characterized by kinetic 2nd order {Schlegl et al., 2005), to the detriment of the parallel process and annealing competitor following as for him a kinetics of 1st order.
Différentes approches ont été proposées afin de permettre la renaturation de protéines à haute concentration. Parmi elles on peut citer les techniques où l'on cherche à réduire la mobilité de la protéine pendant le processus ; ceci doit permettre de limiter le phénomène d'agrégation, qui implique que les molécules de protéine se rencontrent. On peut citer dans cette catégorie les approches décrites par Ferré et al. (2005), Middelberg (2002), ou Lanckriet & Middelberg (2004). La protéine est en général adsorbée sur une colonne chromatographique, ce qui limite sa mobilité, pendant que l'agent dénaturant est éliminé. Un inconvénient majeur de cette approche est que la protéine dénaturée, même si elle porte la même charge globale, ne s'adsorbe souvent pas de la même façon sur la phase stationnaire que la protéine native. Une solution possible à ce problème consiste à utiliser des protéines portant un marqueur (communément appelé « tag » en anglais) de type (His)6 par exemple, et de les adsorber sur une colonne d'affinité de type « IMAC » (Immobilized Métal Affinity Chromatography) porteuse d'ions de métaux de transition tels que Cu2, Co2, Ni2 ou Zn2+ et pour lesquels l'histidine a une forte affinité (Hutchinson & Chase, 2006). D'autres marqueurs d'affinité comme l'intéine, la glutathione-S-transférase, la MBP (maltose binding protein) ou le CBP (calmodulin binding peptide) sont également utilisés, avec leurs avantages et inconvénients respectifs. Le (His)6 par exemple a, de par sa petite taille, la propriété d'être fonctionnel aussi bien sous conditions natives que dénaturantes. Dans une autre approche, on utilise de hautes pressions hydrostatiques afin de favoriser le repliement des protéines recombinantes vers leur structure native même à hautes concentrations. Le principe et des exemples d'applications de cette technologie développée et exploitée par la compagnie BaroFold, Inc. sont décrits dans des publications {Randolph et al., 1999 et 2002) ainsi que dans une série de demandes de brevets (AU 2007202306, WO 2007062174). Si cette méthode a démontré son efficacité dans de nombreux cas d'applications, les équipements permettant d'atteindre des pressions de plusieurs kbar sont cependant extrêmement coûteux et les temps de séjour dans la machine peuvent atteindre 24h.Different approaches have been proposed to allow the renaturation of high concentration proteins. Among them are techniques where it is sought to reduce the mobility of the protein during the process; this must make it possible to limit the phenomenon of aggregation, which implies that the protein molecules meet. This category includes the approaches described by Ferré et al. (2005), Middelberg (2002), or Lanckriet & Middelberg (2004). The protein is generally adsorbed on a chromatographic column, which limits its mobility, while the denaturing agent is removed. A major drawback of this approach is that the denatured protein, even if it carries the same overall charge, is often not adsorbed in the same way on the stationary phase as the native protein. One possible solution to this problem is to use protein bearing a tag (commonly called "tag" in English) of type (His) 6 for example, and adsorbing them on an affinity column of "IMAC" type (Immobilized Metal Affinity Chromatography) carrying transition metal ions such as that Cu 2 , Co 2 , Ni 2 or Zn 2+ and for which Histidine has a high affinity (Hutchinson & Chase, 2006). Other affinity markers such as intein, glutathione-S-transferase, MBP (maltose binding protein) or calmodulin binding peptide (CBP) are also used, with their respective advantages and disadvantages. The (His) 6 for example has, by its small size, the property of being functional both under native and denaturing conditions. In another approach, high hydrostatic pressures are used to promote folding of the recombinant proteins to their native structure even at high concentrations. The principle and examples of applications of this technology developed and operated by BaroFold, Inc. are described in publications (Randolph et al., 1999 and 2002) as well as in a series of patent applications (AU 2007202306, WO 2007062174). Although this method has proved its effectiveness in many applications, the equipment to reach pressures of several kbar are however extremely expensive and the residence time in the machine can reach 24 hours.
Par conséquent, compte tenu de l'état de la technique décrit plus haut, il existe toujours un besoin pour un procédé efficace à grande échelle de renaturation d'une protéine recombinante, préférablement à haute concentration.Therefore, in view of the state of the art described above, there is still a need for a large-scale efficient method of renaturing a recombinant protein, preferably at high concentration.
L'invention décrite ci-après permet de travailler à large échelle, avec une haute concentration de protéines, avec des matériaux peu coûteux, dans des conditions facilement reproductibles et avec un rendement important. L'utilisation de hautes concentrations de protéines permet ainsi de réduire les volumes et donc de faciliter leur manipulation. La présente invention concerne principalement un procédé de purification et de renaturation d'une protéine recombinante accumulée sous forme d'un corps d'inclusion insoluble par des cellules procaryotes ou eucaryotes, caractérisé en ce que : a) on récolte les corps d'inclusion sous la forme d'un culot après la lyse des cellules procaryotes ou eucaryotes et la centrifugation, b) on met le culot en présence d'une solution dénaturante contenant au moins un agent dénaturant et/ou un agent réducteur et/ou un agent détergent, afin de dissoudre les protéines contenues dans le culot à haute concentration, c) on dissout un polymère gélifiant dans la solution dénaturante, d) on met en contact la solution dénaturante comprenant le polymère gélifiant avec un bain provoquant la gélification du polymère gélifiant dissout, conduisant ainsi à l'encapsulation des protéines dénaturées et de l'agent dénaturant et/ou de l'agent réducteur et/ou de l'agent détergent dans la solution ainsi gélifiée, e) on permet à l'agent dénaturant et/ou à l'agent réducteur et/ou à l'agent détergent (qui sont des molécules de relativement faibles poids moléculaires) de diffuser à travers la solution ainsi gélifiée comprenant les protéines dénaturées encapsulées beaucoup plus rapidement que ces dernières, entraînant ainsi une renaturation progressive de ces protéines dénaturées tout en limitant leur agrégation (du fait d'une mobilité fortement réduite), f) on met les capsules contenant la protéine renaturée en présence d'une solution permettant la dissolution du gel, g) on obtient la protéine renaturée et purifiée en solution à une concentration élevéeThe invention described hereinafter makes it possible to work on a large scale, with a high concentration of proteins, with inexpensive materials, under easily reproducible conditions and with a high yield. The use of high protein concentrations thus makes it possible to reduce the volumes and thus to facilitate their handling. The present invention relates primarily to a method for purifying and renaturing a recombinant protein accumulated in the form of an insoluble inclusion body by prokaryotic or eukaryotic cells, characterized in that: a) the inclusion bodies are harvested under in the form of a pellet after lysis of the prokaryotic or eukaryotic cells and centrifugation, b) the pellet is put in the presence of a denaturing solution containing at least one denaturing agent and / or a reducing agent and / or a detergent agent, in order to dissolve the proteins contained in the pellet at high concentration, c) dissolving a gelling polymer in the denaturing solution, d) contacting the denaturing solution comprising the gelling polymer with a bath causing gelling of the dissolved gelling polymer, leading thus to the encapsulation of the denatured proteins and the denaturing agent and / or the reducing agent and / or the detergent in the s gelled solution, e) the denaturing agent and / or the reducing agent and / or the detergent (which are molecules of relatively low molecular weight) are allowed to diffuse through the solution thus gelled comprising the denaturated proteins encapsulated much faster than the latter, thus resulting in a progressive renaturation of these denatured proteins while limiting their aggregation (due to a greatly reduced mobility), f) the capsules containing the renatured protein are placed in the presence of a solution allowing the dissolution of the gel, g) the renaturated and purified protein is obtained in solution at a high concentration
L'invention concerne aussi un kit et un appareil pour la mise en œuvre du procédé de purification et de renaturation d'une protéine recombinante accumulée sous forme d'un corps d'inclusion insoluble par des cellules procaryotes ou eucaryotesThe invention also relates to a kit and an apparatus for carrying out the method for purifying and renaturing a recombinant protein accumulated in the form of an insoluble inclusion body by prokaryotic or eukaryotic cells.
La Figure 1 représente un schéma classique d'isolation, solubilisation et renaturation de protéines recombinantes accumulées dans une cellule-hôte sous forme de corps d'inclusion. La Figure 2 représente la cinétique de relargage du chlorure de guanidiniun (GdnCI) et de l'ovalbumine hors de billes de 3 mm de diamètre préparées avec différentes concentrations d'alginate. Température = 22 0C.Figure 1 represents a conventional scheme of isolation, solubilization and renaturation of recombinant proteins accumulated in a host cell in the form of inclusion bodies. Figure 2 shows the release kinetics of guanidiniun chloride (GdnCl) and ovalbumin out of 3 mm diameter beads prepared with different concentrations of alginate. Temperature = 22 0 C.
La Figure 3 représente la cinétique de relargage du chlorure de guanidiniunFigure 3 shows the release kinetics of guanidiniun chloride
(GdnCI) et de l'ovalbumine hors de billes de 5 mm de diamètre préparées avec différentes concentrations d'alginate. Température = 22 0C.(GdnCl) and ovalbumin out of 5 mm diameter beads prepared with different concentrations of alginate. Temperature = 22 0 C.
La Figure 4 montre l'influence de la vitesse d'agitation sur la cinétique de libération du chlorure de guanidinium à partir de billes de 5 mm de diamètre préparées avec de l'alginate 2%. Température = 22 0C.Figure 4 shows the influence of stirring rate on the kinetics of release of guanidinium chloride from 5 mm diameter beads prepared with 2% alginate. Temperature = 22 0 C.
Par protéine recombinante, on entend une protéine produite par des cellules (eucaryotes ou procaryotes) dont l'ADN (acide désoxyribonucléique) a été modifié par recombinaison génétique. L'emploi d'un vecteur d'expression (en général un plasmide ou un virus -pour les vecteurs eucaryotes-), jouant le rôle de transporteur génétique du gène d'intérêt codant pour la protéine recherchée est le moyen le plus souvent utilisé pour modifier l'ADN des cellules servant à la production de la protéine recombinante. Toute protéine susceptible d'être produite par des cellules (eucaryotes ou procaryotes) et dont l'ADN (acide désoxyribonucléique) a été modifié par recombinaison génétique est concernée par cette invention.By recombinant protein is meant a protein produced by cells (eukaryotes or prokaryotes) whose DNA (deoxyribonucleic acid) has been modified by genetic recombination. The use of an expression vector (generally a plasmid or a virus for eukaryotic vectors), acting as the genetic carrier of the gene of interest encoding the desired protein is the most often used means for modify the DNA of the cells used for the production of the recombinant protein. Any protein capable of being produced by cells (eukaryotic or prokaryotic) and whose DNA (deoxyribonucleic acid) has been modified by genetic recombination is concerned by this invention.
Par protéine on entend une macromolécule composée par une ou plusieurs chaîne(s) (ou séquence(s)) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques. En général, on parle de protéine lorsque la chaîne contient plus de 50 acides aminés. Dans le cas contraire, on parle de peptides et de polypeptides. Par conséquent, la présente invention considère aussi un procédé de purification et de renaturation d'une protéine recombinante de moins de 50 acides aminés ou peptides (selon la définition donnée plus haut) accumulée sous forme d'un corps d'inclusion insoluble par des cellules procaryotes ou eucaryotes.By protein is meant a macromolecule composed of one or more chain (s) (or sequence (s)) of amino acids linked together by peptide bonds. In general, we speak of protein when the chain contains more than 50 amino acids. In the opposite case, we speak of peptides and polypeptides. Therefore, the present invention also contemplates a method of purifying and renaturing a recombinant protein of less than 50 amino acids or peptides (as defined above) accumulated as an inclusion body insoluble by cells. prokaryotes or eukaryotes.
En général, la protéine recombinante est produite par des cellules hôtes procaryotes ou eucaryotes. Les cellules procaryotes sont dépourvues de noyau cellulaire et sont généralement unicellulaires. Elles comprennent les bactéries, les cyanobactéries, les archéobactéries. Leur matériel génétique est de l'acide désoxyribonucléique (A.D.N ou ADN) circulaire diffus dans le cytoplasme de la cellule. Les cellules procaryotes sont considérées comme plus primitives sur le plan de l'évolution et elles possèdent généralement un nombre de gènes inférieur aux cellules eucaryotes.In general, the recombinant protein is produced by prokaryotic or eukaryotic host cells. Prokaryotic cells lack a cell nucleus and are generally unicellular. They include bacteria, cyanobacteria, archaebacteria. Their genetic material is diffuse circular deoxyribonucleic acid (DNA or DNA) in the cytoplasm of the cell. Prokaryotic cells are considered more evolutionarily primitive and generally have fewer genes than eukaryotic cells.
Les cellules eucaryotes, quant à elles, sont caractérisées principalement par le fait qu'elles possèdent un noyau composé d'une double membrane entourant l'ADN. Ces cellules regroupent tous les organismes compris dans quatre grands règnes du monde vivant : les animaux, les champignons, les plantes et les protistes.Eukaryotic cells, in turn, are characterized primarily by the fact that they have a nucleus composed of a double membrane surrounding the DNA. These cells include all the organisms included in four great kingdoms of the living world: animals, fungi, plants and protists.
II n'existe pas, pour le moment, de règle absolue permettant de prédire la stabilité, la solubilité, l'activité et la conformation d'une protéine recombinante (hétérologue) exprimée par une cellule eucaryote ou procaryote du type E. coli. Le principal problème rencontré est la formation de corps d'inclusion insolubles dans le cytoplasme de ces cellules hôtes. En effet chez E. coli l'expression importante de protéines hétérologues entraîne souvent l'apparition de granules appelés corps d'inclusion insolubles qui sont visibles en microscopie à contraste de phase. Ils contiennent généralement la protéine recombinante surexprimée ainsi que des acides nucléiques et quelques protéines bactériennes. Ces corps d'inclusion insolubles peuvent être assez facilement isolés permettant ainsi d'obtenir la protéine recombinante avec un bon degré de purification, suffisant pour certaines expériences (en particulier pour des immunisations classiques). Cependant d'autres approches comme par exemple les traitements thérapeutiques à l'aide de peptides ou d'anticorps, requièrent l'obtention d'une protéine soluble purifiée et se présentant sous une conformation native, ou le plus proche possible de cette conformation.For the time being, there is no absolute rule making it possible to predict the stability, solubility, activity and conformation of a recombinant protein (heterologous) expressed by a eukaryotic or prokaryotic E. coli cell. The main problem encountered is the formation of inclusion bodies insoluble in the cytoplasm of these host cells. Indeed, in E. coli, the important expression of heterologous proteins often leads to the appearance of granules called insoluble inclusion bodies which are visible by phase contrast microscopy. They generally contain the overexpressed recombinant protein as well as nucleic acids and some bacterial proteins. These insoluble inclusion bodies can be quite easily isolated thus making it possible to obtain the recombinant protein with a good degree of purification, which is sufficient for certain experiments (in particular for conventional immunizations). However other approaches such as therapeutic treatments with peptides or antibodies, require the production of a purified soluble protein and being in a native conformation, or as close as possible to this conformation.
En effet la proieme recombinante e&l produite sous forme de corps d'inclusion insolubles Classiquement on va d'abofd concentrer les cellules buoaryofes ou procaryotos à partir du milieu do culture de ces ooϋuios, par conîπfugaîion ou ultrafiltration. La présente invention concerne donc avantageusement la renaturation de toutes protéines recombinantes (hormones, facteurs de croissance, anticorps...) qui ont tendance à, ou sont susceptibles de, former des corps d'inclusion lors des processus de purification connus. En règle générale, plus une protéine est insoluble (de part sa conformation) et plus elle aura tendance à former des corps d'inclusion dans des cellules procaryotes ou eucaryotes.Indeed, the recombinant protein e & l produced in the form of insoluble inclusion bodies Classically we will abofd concentrate buoaryofes cells or prokaryotos from the culture medium of these ooϋuios, conîπfugaîion or ultrafiltration. The present invention thus advantageously relates to the renaturation of all recombinant proteins (hormones, growth factors, antibodies, etc.) which tend to, or are likely to form, inclusion bodies during known purification processes. Generally, the more protein is insoluble (because of its conformation) and more it will tend to form inclusion bodies in prokaryotic or eukaryotic cells.
On obtient ensuite la lyse des cellules eucaryotes ou procaryotes en rompant la membrane plasmique de ces cellules par l'action d'un agent physique, chimique ou biologique, menant ainsi à la mort de la cellule.Lysis of eukaryotic or prokaryotic cells is then achieved by disrupting the plasma membrane of these cells by the action of a physical, chemical or biological agent, thereby leading to death of the cell.
De manière préférentielle, on utilisera le broyage mécanique (p. ex. dans un moulin à billes, un homogénéisateur à haute pression ou une « french press ») ou la sonication (traitement par ultrasons) mais des agents chimiques tels que les détergents (anioniques, cationiques, neutres), les solvants organiques, les bases ou acides forts ou des préparations enzymatiques sont également envisageables.Preferably, mechanical milling (eg in a ball mill, a high pressure homogenizer or a "french press") or sonication (ultrasonic treatment) but chemical agents such as detergents (anionic) will be used. cationic, neutral), organic solvents, strong bases or acids or enzymatic preparations are also conceivable.
Etape a) Les corps d'inclusion sont ensuite réoolîe& par cenlπfugaϋon Lors de cette ϋentFifugdtiυn, le bumagednt contient !es constituants boiubies de la bactcπo Mais la fraction particulaπo ainsi recuoiiho, oncoro appelée cuiot contient outre les coi ps d'inclusion insolubles renfermant les piotemes recombinantes, des cellules non ly&ees. de& débris cellulaires et des contaminants protéiques, solubies υu nonStep a) The inclusion bodies are then reooled by centrifugation. During this digestion, the bumage contains the biotic constituents of the bacterium. However, the particulate fraction thus recovered, oncoro, called cuiot, contains in addition to the insoluble inclusion phases containing the enzymes. recombinant, non-shed cells. cell debris and protein contaminants, solubias or not
Optionnellement, le culot est lavé, au préalable à l'étape de dissolution, avec une solution tampon aqueuse afin d'éliminer les contaminants solubles. Des solutions tampons couramment employées sont, suivant le pH désiré, de type acétate, citrate, phosphate, Tris, ou Glycine et tout autre tampon que l'homme du métier jugera utile d'employerOptionally, the pellet is washed, prior to the dissolution step, with an aqueous buffer solution to remove soluble contaminants. Buffer solutions commonly used are, depending on the desired pH, of the acetate, citrate, phosphate, tris or glycine type and any other buffer which a person skilled in the art will deem useful to use.
Etape b) : Ce culot est ensuite mis en présence d'une solution dénaturante contenant au moins un agent dénaturant et/ou un agent réducteur et/ou un agent détergent, afin de dissoudre les protéines contenues dans le culot. La solution dénaturante comprend au moins un agent dénaturant sélectionné parmi les agents chaotropiques connus de l'homme du métier comme l'urée ou le chlorure de guanidinium, ces exemples n'étant pas limitatifs. Le rôle de cet agent dénaturant est de provoquer la dissociation des protéines en altérant leur configuration spatiale ou leur conformation. La solution peut contenir également au moins un agent réducteur, choisi parmi le groupe non-limitatif comprenant le β-mercaptoéthanol, la glycine, le dithiothreitol (DTT), le dithioéryhtritol (DTE) ou la glutathione. Cet agent a pour fonction principale l'ouverture le maintien des résidus cystéine sous forme réduite, minimisant ainsi le risque de formation de ponts disulfure intramoléculaires non- natifs, voire la formation de ponts disulfure indésirables entre molécules de protéine. Un agent préféré est la glutathione. Les concentrations communément employées sont faibles, habituellement entre 0.2 et 10 mM, mais préférablement entre 0.5 et 5 mM. Les concentrations communément employées pour le DTT sont plus élevées, de l'ordre de 10 mM (entre 5 et 50 mM le plus souvent).Step b): This pellet is then placed in the presence of a denaturing solution containing at least one denaturing agent and / or a reducing agent and / or a detergent agent, in order to dissolve the proteins contained in the pellet. The denaturing solution comprises at least one denaturing agent selected from chaotropic agents known to those skilled in the art such as urea or guanidinium chloride, these examples not being limiting. The role of this denaturing agent is to cause the dissociation of proteins by altering their spatial configuration or their conformation. The solution may also contain at least one reducing agent, selected from the non-limiting group comprising β-mercaptoethanol, glycine, dithiothreitol (DTT), dithioeryhtritol (DTE) or glutathione. The main function of this agent is to open up the maintenance of cysteine residues in reduced form, thereby minimizing the risk of non-native intramolecular disulfide bond formation or the formation of undesirable disulfide bridges between protein molecules. A preferred agent is glutathione. Commonly used concentrations are low, usually between 0.2 and 10 mM, but preferably between 0.5 and 5 mM. The concentrations commonly used for DTT are higher, of the order of 10 mM (usually between 5 and 50 mM).
La solution peut aussi contenir un agent détergent connu de l'homme du métier et pouvant être sélectionné parmi le groupe non-limitatif comprenant des détergents anioniques, neutres, cationiques ou zwitterioniques. De préférence l'agent détergent sera sélectionné parmi le groupe non exhaustif comprenant le Triton X100, le CHAPS, le dodécyl maltoside, le DTAB, le CTAB.The solution may also contain a detergent agent known to those skilled in the art and which may be selected from the non-limiting group comprising anionic, neutral, cationic or zwitterionic detergents. Preferably the detergent agent will be selected from the non-exhaustive group including Triton X100, CHAPS, dodecyl maltoside, DTAB, CTAB.
Ces trois agents (dénaturant, réducteur et détergent) peuvent se trouver ensemble dans la même solution ou seuls ou par groupe de deux.These three agents (denaturant, reducer and detergent) can be together in the same solution or alone or in groups of two.
Une fois la protéine recombinante solubilisée, on peut, si nécessaire, la séparer facilement par filtration ou centrifugation des débris cellulaires et autres particules insolubles résultant de l'étape de lyse.Once the recombinant protein solubilized, it can, if necessary, easily separate by filtration or centrifugation of cell debris and other insoluble particles resulting from the lysis step.
De façon alternative on peut procéder à la lyse des cellules et récupérer (après centrifugation et/ou filtration et lavage) la matière solide insoluble. Cette fraction solide contient les débris cellulaires et les corps d'inclusion. On peut dissoudre ces derniers en mettant en contact le culot de centrifugation avec une solution dénaturante contenant au moins un agent dénaturant et/ou un agent réducteur et/ou un agent détergent, afin de dissoudre les protéines contenues dans le culot à haute concentration, et isoler par centrifugation et/ou filtration le surnageant contenant la molécule-cible dénaturée,Alternatively, the cells can be lysed and the insoluble solid material recovered (after centrifugation and / or filtration and washing). This solid fraction contains cell debris and inclusion bodies. These can be dissolved by contacting the centrifugation pellet with a denaturing solution containing at least one denaturing agent and / or a reducing agent and / or a detergent agent, in order to dissolve the proteins contained in the high concentration pellet, and isolating by centrifugation and / or filtration the supernatant containing the denatured target molecule,
Etape c) : Dans l'étape suivante, on dissout un polymère gélifiant dans la solution dénaturante. Cette dissolution sera réalisée sans générer de bulles d'air. Le cas échéant, ces dernières peuvent être éliminées par exemple par centrifugation ou en plaçant la solution sous vide. Parmi les polymères gélifiants les plus couramment rencontrés on peut citer, entre autres exemples, l'alginate, le carraghénane, le chitosan, la pectine, l'amidon (modifié ou non), la gélatine, le sulfate de cellulose, la carboxyméthyl-cellulose, la gomme de xanthane, la locust bean gum, la gomme de gellane ou l'agar agar.Step c): In the next step, a gelling polymer is dissolved in the denaturing solution. This dissolution will be performed without generating air bubbles. If necessary, these can be removed for example by centrifugation or by placing the solution under vacuum. Among the gelling polymers most commonly encountered include, among other examples, alginate, carrageenan, chitosan, pectin, starch (modified or not), gelatin, cellulose sulfate, carboxymethylcellulose , xanthan gum, locust bean gum, gellan gum or agar agar.
A part ces polysaccharides, la gélatine et d'autres protéines ont elles aussi des propriétés intéressantes vis-à-vis de la formation de gels plus ou moins perméables.Apart from these polysaccharides, gelatin and other proteins also have interesting properties vis-à-vis the formation of more or less permeable gels.
Des polymères synthétiques donnant lieu à la formation d'un hydrogel sont également utilisables, pour autant qu'on puisse désagréger le gel à la fin du processus de renaturation, que ce soit par dissolution ou dégradation du polymère.Synthetic polymers giving rise to the formation of a hydrogel are also usable, as long as the gel can be broken down at the end of the renaturation process, whether by dissolution or degradation of the polymer.
Les polymères dits intelligents, qui ont la propriété de changer de phase selon la température sont une autre possibilité de confinement de la protéine dénaturée.The so-called smart polymers, which have the property of changing phase according to the temperature are another possibility of confinement of the denatured protein.
Le carraghénane (ou carraghénine) est un polysaccharide extrait d'algues rouges servant d'agent d'épaississement et de stabilisation dans l'industrie alimentaire. Il porte le code E407 de la classification des additifs alimentaires. Les carraghénanes permettent de former des gels à chaud (jusqu'à 600C) et présentent donc un intérêt par rapport aux gélatines animales traditionnelles.Carrageenan (or carrageenan) is a polysaccharide extracted from red algae as a thickening and stabilizing agent in the food industry. It bears the code E407 of the classification of food additives. Carrageenans make it possible to form hot gels (up to 60 0 C) and are therefore of interest compared to traditional animal gelatins.
Un polysaccharide plus particulièrement préféré selon la présente invention est l'alginate. L'alginate est un polymère formé de deux monomères liés ensemble : le mannuronate ou acide mannuronique et le guluronate ou acide guluronique. La proportion et la distribution de ces deux monomères sont déterminantes pour une large part des propriétés physiques et chimiques de l'alginate.A more preferred polysaccharide according to the present invention is alginate. Alginate is a polymer formed from two monomers bonded together: mannuronate or mannuronic acid and guluronate or guluronic acid. The proportion and distribution of these two monomers is a major determinant of the physical and chemical properties of alginate.
Les alginates peuvent former des gels durs et thermostables utilisés comme additifs alimentaires (E400 à E405) permettant la reconstruction des aliments (jambon, cordons bleus, poisson pané ...). Des billes d'alginates peuvent également être utilisées en médecine pour encapsuler des médicaments ou des substances biologiques fragiles (enzymes, microorganismes, cellules animales ou humaines). En général la concentration d'alginate utilisée selon l'invention est comprise entre 1 et 10%, préférablement entre 2 et 5%.Alginates can form hard, heat-stable gels used as food additives (E400 to E405) for the reconstruction of food (ham, blue strings, breaded fish ...). Alginate beads can also be used in medicine to encapsulate drugs or fragile biological substances (enzymes, microorganisms, animal or human cells). In general, the concentration of alginate used according to the invention is between 1 and 10%, preferably between 2 and 5%.
Ces concentrations peuvent aussi être avantageusement appliquées aux autres polymères gélifiants. En général la concentration sera comprise entre 1 et 10%, préférablement entre 2 et 5%.These concentrations can also be advantageously applied to other gelling polymers. In general the concentration will be between 1 and 10%, preferably between 2 and 5%.
On notera de façon générale que la composition ainsi que les propriétés de solubilité et viscosité de ces différents polysaccharides gélifiants dépendent dans une large mesure de leur provenance, de l'état de la matrice dont ils ont été extraits ainsi que des étapes du processus de leur fabrication. Ainsi la composition (distribution des résidus manuronate et guluronate), le poids moléculaire, la viscosité et les propriétés gélifiantes d'un alginate peuvent varier de façon conséquente entre plusieurs fournisseurs, voire entre plusieurs lots de production d'un même fournisseur. C'est pourquoi les concentrations citées plus haut le sont à titre indicatif et devront être ajustées par l'homme de l'art.It will generally be noted that the composition as well as the solubility and viscosity properties of these different gelling polysaccharides depend to a large extent on their origin, the state of the matrix from which they were extracted and the steps in the process of their preparation. manufacturing. Thus the composition (distribution of manuronate and guluronate residues), the molecular weight, the viscosity and the gelling properties of an alginate can vary significantly between several suppliers, or even between several production batches from the same supplier. This is why the concentrations mentioned above are indicative and should be adjusted by those skilled in the art.
Le choix et la concentration de la matrice d'encapsulation seront faits par l'homme du métier en fonction de la taille et de la charge de la protéine ainsi que de son activité. Une meilleure rétention peut par exemple être obtenue par l'encapsulation d'une protéine positivement chargée (à un pH inférieur à son point isoélectrique) au sein d'une matrice porteuse de charges négatives.The choice and concentration of the encapsulation matrix will be made by those skilled in the art depending on the size and the charge of the protein as well as its activity. For example, better retention can be achieved by encapsulating a positively charged protein (at a pH below its isoelectric point) within a negative charge matrix.
De plus, il est envisagé la possibilité d'ajouter au sein de la matrice d'encapsulation ou dans les solutions environnantes tout composé susceptible de faciliter ou d'accélérer la renaturation de la molécule-cibles. De nombreux exemples sont cités dans la littérature scientifique et sont connus de l'homme du métier. On peut citer brièvement et de façon non-exhaustive les systèmes oxydo-réducteurs comme la glutathione réduite/oxydée (GSH/GSSG), certains acides aminés tels que l'arginine, la proline, des polyols comme le glycérol ou le polyéthylène-glycol, des sucres comme le saccharose ou des polymères comme l'héparine, un glycosaminoglycane. Des concentrations usuelles pour la glutathione (oxydée ou réduite) sont de l'ordre de 0.5 à 5 mM, de préférence aux environs de 1-2 mM. Pour les acides aminés tels que la glycine ou la proline on travaille communément à des concentrations entre 50 mM et 1 M, et de préférence aux environs de 400 mM. Le glycérol est souvent employé à des concentrations voisines de 5%, le sulfate d'ammonium vers 200 mM. Le glucose, pour finir, est souvent ajouté au milieu de renaturation à concurrence de quelques % (5%, usuellement).In addition, it is envisaged the possibility of adding within the encapsulation matrix or in the surrounding solutions any compound capable of facilitating or accelerating the renaturation of the target molecule. Many examples are cited in the scientific literature and are known to those skilled in the art. Mention may be made briefly and non-exhaustively of redox systems such as reduced / oxidized glutathione (GSH / GSSG), certain amino acids such as arginine, proline, polyols such as glycerol or polyethylene glycol, sugars such as sucrose or polymers such as heparin, a glycosaminoglycan. Conventional concentrations for glutathione (oxidized or reduced) are of the order of 0.5 to 5 mM, preferably around 1-2 mM. For amino acids such as glycine or proline, concentrations of between 50 mM and 1 M, and preferably around 400 mM, are commonly employed. Glycerol is often used at concentrations in the region of 5%, ammonium sulphate at around 200 mM. Glucose, finally, is often added to the renaturation medium to the extent of a few% (5%, usually).
Etape d) : La solution dénaturante comprenant le polymère gélifiant est ensuite mise en contact avec un bain provoquant la gélification du polymère gélifiant dissout, conduisant ainsi à l'encapsulation des protéines dénaturées et de l'agent dénaturant et/ou de l'agent réducteur et/ou de l'agent détergent dans la solution ainsi gélifiée.Step d): The denaturing solution comprising the gelling polymer is then brought into contact with a bath causing the gelling of the dissolved gelling polymer, thus leading to the encapsulation of the denatured proteins and of the denaturing agent and / or of the reducing agent and / or detergent in the solution thus gelled.
En général la mise en contact entre la solution dénaturante et le bain provoquant la gélification du polymère est effectuée en laissant tomber goutte à goutte la solution dénaturante dans le bain provoquant ainsi la gélification du polymère. Cependant, toute autre technique permettant d'obtenir des capsules ou billes de polymère convient à la réalisation de la présente invention. Le diamètre des billes ainsi obtenues peut se situer typiquement entre 1 et 10 mm, mais une extrusion sous forme de spaghetti ou une gélation en bloc ou sous toute autre forme est aussi envisageable. Les essais réalisés par le demandeur de la présente invention ont montré que des billes de grosse taille (4-5 mm de diamètre) ne constituaient pas un handicap dans la mesure où l'agent dénaturant pouvait encore s'en échapper assez rapidement et où la protéine-cible, quant à elle, était mieux retenue par des billes de 4-5 mm que par des billes plus petites.In general, the contact between the denaturing solution and the bath causing the gelation of the polymer is carried out by dropping the denaturing solution into the bath, thus causing the polymer to gel. However, any other technique for obtaining capsules or polymer beads is suitable for carrying out the present invention. The diameter of the beads thus obtained may typically be between 1 and 10 mm, but an extrusion in the form of spaghetti or a bulk or other form of gelation is also possible. The tests carried out by the applicant of the present invention have shown that large logs (4-5 mm in diameter) do not constitute a handicap insofar as the denaturing agent can still escape rather quickly and where the The target protein was better retained by 4-5 mm beads than by smaller beads.
Préférablement, si le polymère gélifiant est de l'alginate alors le bain provoquant la gélification du polymère est constitué d'une solution de sels de calcium. Le plus couramment employé est le chlorure de calcium entre 2 et 10%, encore plus préférablement aux alentours de 5% mais selon les applications et le mode de fabrication des capsules on pourra utiliser d'autres dérivés du calcium (lactate de calcium par exemple). Le carraghénane peut être gélifié soit par refroidissement (gel thermique), soit par interactions ioniques entre le polysaccharide et des ions potassium (K+). Les sels de potassium (KCI le plus souvent) sont utilisés dans les bains gélifiants à des concentrations entre 2 et 10%, encore plus préférablement aux alentours de 5%. Le chitosan, qui est soluble en milieu légèrement acide, peut quant à lui être gélifié soit par changement de pH (on extrude la solution de chitosan dans un bain de NaOH entre 0.1 et 1.0 M, de préférence aux environs de 0.5 M) soit à l'aide de tripolyphosphate de sodium. Les pectines avec un faible degré de méthylation (low methoxy pectins) peuvent être solidifiées à l'aide de solutions de calcium aux mêmes concentrations que pour l'alginate. Le sulfate de cellulose est quant à lui gélifié par complexation avec d'autres polyélectrolytes comme le chlorure de poly-(diallyldimethylammonium chloride) (p-DADMAC) en concentrations équivalentes. La gélatine et l'agar agar forment des gels thermiques et sont solidifiés par refroidissement comme l'alginate.Preferably, if the gelling polymer is alginate then the bath causing the gelation of the polymer consists of a solution of calcium salts. The most commonly used calcium chloride is between 2 and 10%, even more preferably around 5% but depending on the applications and the method of manufacture of the capsules may be used other calcium derivatives (calcium lactate for example) . Carrageenan can be gelled either by cooling (gel thermal), either by ionic interactions between the polysaccharide and potassium ions (K +). Potassium salts (KCl most often) are used in gelling baths at concentrations between 2 and 10%, even more preferably at around 5%. Chitosan, which is soluble in a slightly acidic medium, can itself be gelled either by a change in pH (the chitosan solution is extruded in a NaOH bath between 0.1 and 1.0 M, preferably around 0.5 M) or at room temperature. using sodium tripolyphosphate. Pectins with a low degree of methylation (low methoxy pectins) can be solidified using calcium solutions at the same concentrations as for alginate. Cellulose sulphate is gelled by complexation with other polyelectrolytes such as poly (diallyldimethylammonium chloride) chloride (p-DADMAC) in equivalent concentrations. Gelatin and agar agar form thermal gels and are solidified by cooling like alginate.
II existe de nombreuses méthodes permettant de solidifier des solutions de ces polymères. Le choix de l'approche la plus pertinente sera conditionné par la stabilité de la protéine à renaturer et sera basé sur les connaissances et l'expérience de l'homme de l'art. Dans certains protocoles on complète la solidification des billes en réticulant les gels formés à l'aide de réactifs comme le glutaraldéhyde. Cette approche n'est pas souhaitable dans le cadre de la présente demande, dans la mesure où elle implique une dégradation de ces matrices à la fin du processus, afin de libérer la protéine renaturée.There are many methods for solidifying solutions of these polymers. The choice of the most relevant approach will be conditioned by the stability of the protein to be renatured and will be based on the knowledge and experience of those skilled in the art. In some protocols the solidification of the beads is completed by crosslinking the gels formed using reagents such as glutaraldehyde. This approach is undesirable in the context of the present application, since it involves degradation of these matrices at the end of the process, in order to release the renatured protein.
En général c'est la nature du polymère gélifiant qui déterminera celle du bain provoquant la gélification du polymère. Aussi chaque couple polymère/bain gélifiant sera à déterminer précisément par l'homme du métier selon ses connaissances usuelles.In general it is the nature of the gelling polymer that will determine that of the bath causing the gelation of the polymer. Also each polymer pair / gelling bath will be precisely determined by the skilled person according to his usual knowledge.
Il en est de même avec la concentration du composant présent dans le bain de gélification ; cette concentration est directement dépendante de la concentration du polymère gélifiant et sera également à déterminer précisément par l'homme du métier selon ses connaissances usuelles. Etape e) : Dans l'étape suivante, on permet à l'agent dénaturant et/ou à l'agent réducteur et/ou à l'agent détergent de diffuser à travers la solution ainsi gélifiée comprenant les protéines dénaturées encapsulées, entraînant ainsi une renaturation progressive de ces protéines dénaturées tout en limitant leur agrégation. En effet et de manière surprenante, les inventeurs de la présente invention ont remarqué que l'utilisation d'un polymère gélifiant pour encapsuler les protéines dénaturées et en solution dans la solution dénaturante permettait d'obtenir un taux de renaturation élevé de la protéine recombinante dénaturée tout en limitant l'agrégation de ces mêmes protéines.It is the same with the concentration of the component present in the gelling bath; this concentration is directly dependent on the concentration of the gelling polymer and will also be precisely determined by the skilled person according to his usual knowledge. Step e): In the next step, the denaturing agent and / or the reducing agent and / or the detergent agent are allowed to diffuse through the solution thus gelled comprising the encapsulated denatured proteins, thereby causing a progressive renaturation of these denatured proteins while limiting their aggregation. Indeed and surprisingly, the inventors of the present invention have noticed that the use of a gelling polymer to encapsulate the denatured proteins and in solution in the denaturing solution made it possible to obtain a high degree of renaturation of the denatured recombinant protein. while limiting the aggregation of these same proteins.
Cette renaturation progressive est obtenue par une combinaison favorable de deux effets :This progressive renaturation is obtained by a favorable combination of two effects:
1 ) on permet d'une part à l'agent dénaturant et/ou à l'agent réducteur et/ou à l'agent détergent, qui sont des molécules de relativement petites tailles, de diffuser à travers la matrice gélifiée, réduisant ainsi la concentration de ces substances à des valeurs permettant la renaturation de la protéine.1) the denaturing agent and / or the reducing agent and / or the detergent agent, which are molecules of relatively small size, are allowed to diffuse through the gelled matrix, thus reducing the concentration of these substances at values allowing the renaturation of the protein.
2) D'autre part, en limitant fortement la mobilité de la protéine au sein de la matrice pendant l'étape de renaturation, on l'empêche de former des agrégats, ce qui conduit à des rendements de renaturation supérieurs à ceux observés avec toute autre technique connue malgré la haute concentration de protéine.2) On the other hand, by strongly limiting the mobility of the protein within the matrix during the renaturation step, it is prevented from forming aggregates, which leads to renaturation yields higher than those observed with any another known technique despite the high concentration of protein.
La diffusion de l'agent dénaturant et/ou de l'agent réducteur et/ou de l'agent détergent à travers la solution ainsi gélifiée comprenant les protéines dénaturées encapsulées est réalisée en mettant en contact lesdites protéines dénaturées encapsulées, en général sous forme de capsules ou billes, en présence d'eau, préférablement distillée ou d'un tampon fournissant à la protéine des conditions de pH favorables à sa stabilité. Le volume d'eau distillée est en général 10 à 30 fois, préférablement 20 fois, plus grand que le volume de billes. Une légère agitation peut être appliquée pour permettre une diffusion plus rapide et plus homogène. Au fur et à mesure de l'élimination de l'agent dénaturant, la molécule-cible se trouvera donc placée dans des conditions favorables à sa renaturation et limitant sa tendance à l'agglomération. Ce procédé de renaturation permet d'obtenir d'excellents résultats. La température peut être maintenue à une valeur connue de l'homme du métier et garantissant la stabilité de la protéine pour la durée de cette étape.The diffusion of the denaturing agent and / or the reducing agent and / or the detergent agent through the solution thus gelled comprising the encapsulated denatured proteins is carried out by bringing into contact said encapsulated denatured proteins, generally in the form of capsules or beads, in the presence of water, preferably distilled or a buffer providing the protein pH conditions favorable to its stability. The volume of distilled water is in general 10 to 30 times, preferably 20 times, larger than the volume of beads. A slight agitation can be applied to allow a faster and more homogeneous diffusion. As the denaturing agent is removed, the target molecule will thus be placed in conditions favorable to its renaturation and limiting its tendency to agglomeration. This renaturation process makes it possible to obtain excellent results. The temperature can be maintained at a value known to those skilled in the art and guaranteeing the stability of the protein for the duration of this step.
Etape f) :Step f):
Après cette étape de renaturation in silico, on met les capsules contenant les protéines dénaturées en présence d'une solution permettant la dissolution du gel.After this step of in silico renaturation, the capsules containing the denatured proteins are put in the presence of a solution allowing the dissolution of the gel.
Cette dernière est choisie parmi des solutions de citrate de sodium, d'EDTA ou de fluorure de sodium, soient des composés connus de l'homme du métier et permettant de complexer le calcium, conduisant ainsi à la désagrégation du réseau d'alginate.The latter is selected from solutions of sodium citrate, EDTA or sodium fluoride, are compounds known to those skilled in the art and for complexing calcium, thus leading to the disintegration of the alginate network.
De manière préférentielle, l'on utilise une solution de citrate de sodium tamponné à une des concentrations suivantes : 100 mM, 200 mM, 300 mM ou 50OmM, avec une préférence pour une concentration à 200 mM.Preferably, a buffered sodium citrate solution is used at one of the following concentrations: 100 mM, 200 mM, 300 mM or 50 mM, with a preference for a concentration of 200 mM.
Ces concentrations peuvent aussi être avantageusement appliquées aux autres composés à la base de la solution permettant la dissolution du gel. En général la concentration de la solution permettant la dissolution du gel sera comprise entre (environ) 100 mM et 500 mM.These concentrations can also be advantageously applied to the other compounds at the base of the solution allowing dissolution of the gel. In general, the concentration of the solution allowing the dissolution of the gel will be between (approximately) 100 mM and 500 mM.
Celle-ci sera conduite sur une durée de 30 à 180 minutes (préférablement 60 min) et à une température entre 5 et 400C (préférablement 10-25 0C).This will be conducted over a period of 30 to 180 minutes (preferably 60 minutes) and at a temperature between 5 and 40 0 C (preferably 10-25 0 C).
En général, il est préférable de réaliser cette étape de dissolution du gel dans de petits volumes de solution, afin d'obtenir au final une concentration moyenne à élevée de protéine recombinante renaturée et purifiée dans la solution.In general, it is preferable to carry out this step of dissolving the gel in small volumes of solution, in order to finally obtain a medium to high concentration of recombinant protein which is renatured and purified in the solution.
Etape g) : On obtient ensuite la protéine sous forme renaturée et purifiée en solution concentrée.Step g): The protein is then obtained in renatured and purified form in concentrated solution.
La présente invention comprend aussi un appareil pour la mise en œuvre du procédé de purification et de renaturation d'une protéine recombinante accumulée sous forme d'un corps d'inclusion insoluble par des cellules procaryotes ou eucaryotes tel que décrit supra.The present invention also comprises an apparatus for carrying out the method of purification and renaturation of an accumulated recombinant protein in the form of an inclusion body that is insoluble by prokaryotic or eukaryotic cells as described above.
La présente invention comprend aussi un kit pour la mise en œuvre du procédé de purification et de renaturation d'une protéine recombinante accumulée sous forme d'un corps d'inclusion insoluble par des cellules procaryotes ou eucaryotes tel que décrit supra. Ce kit peut comprendre, entre autres, i) l'agent dénaturant et/ou l'agent réducteur et/ou l'agent détergent en général sous forme de solutions, ii) un polymère gélifiant, iii) les composés pour la préparation du bain provoquant la gélification dudit polymère gélifiant, iv) les composés pour la préparation d'une solution de dissolution du gel et, optionnellement, v) des cellules procaryotes ou eucaryotes nécessaires à l'expression de la protéine recombinante. Le kit peut également comprendre un vecteur d'expression (plasmidique ou autre) nécessaire à l'expression de la protéine recombinante d'intérêt.The present invention also comprises a kit for carrying out the method of purification and renaturation of a recombinant protein accumulated in the form of an insoluble inclusion body by prokaryotic or eukaryotic cells as described above. This kit may comprise, inter alia, i) the denaturing agent and / or the reducing agent and / or the detergent agent in general in the form of solutions, ii) a gelling polymer, iii) the compounds for the preparation of the bath causing gelling said gelling polymer, iv) compounds for the preparation of a dissolution solution of the gel and, optionally, v) prokaryotic or eukaryotic cells necessary for the expression of the recombinant protein. The kit may also comprise an expression vector (plasmid or other) necessary for the expression of the recombinant protein of interest.
Les exemples suivants ont pour but de démontrer la faisabilité de la présente invention et ne sauraient limiter l'invention à ces seules descriptions.The following examples are intended to demonstrate the feasibility of the present invention and can not limit the invention to these descriptions alone.
Le premier exemple ci-après est une preuve de concept qui démontre qu'une protéine emprisonnée dans une matrice d'alginate diffuse beaucoup plus lentement que l'agent dénaturant qui y est également encapsulé. La modèle choisi pour la protéine est l'ovalbumine, d'un poids moléculaire de 45 kDa environ, et de point isoélectrique 4.6.The first example below is a proof of concept that demonstrates that a protein entrapped in an alginate matrix diffuses much more slowly than the denaturing agent that is also encapsulated therein. The model chosen for the protein is ovalbumin, with a molecular weight of approximately 45 kDa, and isoelectric point 4.6.
Le second exemple montre un essai de renaturation d'α-amylase de B. amyloliquefaciens (poids moléculaire 55 kDa, point isoélectrique aux environs de 5.2) à haute concentration (10 mg/ml) réalisé de deux manières différentes :The second example shows a renaturation test of B. amyloliquefaciens α-amylase (molecular weight 55 kDa, isoelectric point around 5.2) at high concentration (10 mg / ml) carried out in two different ways:
• Dans la première l'agent dénaturant (chlorure de guanidinium) a été éliminé par dialyse, l'enzyme restant en solution à l'intérieur de la chambre de dialyse.In the former, the denaturing agent (guanidinium chloride) was removed by dialysis, the enzyme remaining in solution inside the dialysis chamber.
L'activité de l'amylase a été mesurée avant dénaturation et après la dialyse.Amylase activity was measured before denaturation and after dialysis.
• Dans la seconde approche l'enzyme dénaturée (10 mg/ml) et l'agent dénaturant (3.0 M) ont été encapsulés dans une matrice d'alginate. Les capsules ainsi formées ont été immergées dans une solution tampon, ce qui a permis une élimination rapide de l'agent dénaturant. Les billes ont ensuite été récupérées et dissoutes par complexation du calcium à l'aide de citrate. L'activité de l'amylase a été mesurée avant dénaturation et après le traitement de renaturation.• In the second approach the denatured enzyme (10 mg / ml) and the denaturing agent (3.0 M) were encapsulated in an alginate matrix. The The capsules thus formed were immersed in a buffer solution, which allowed rapid removal of the denaturing agent. The beads were then recovered and dissolved by complexation of calcium with citrate. Amylase activity was measured before denaturation and after renaturation treatment.
Tous les essais décrits ci-après ont été réalisés à température ambiante (22°C).All the tests described below were carried out at ambient temperature (22 ° C.).
Exemple 1 : Preuve de concept - mesures des vitesses de diffusion de la BSA et du chlorure de guanidinium hors d'une matrice d'alginate.Example 1: Proof of concept - measurements of diffusion rates of BSA and guanidinium chloride out of an alginate matrix.
Produits chimiques et réactifsChemicals and reagents
Alginate de sodium, Lot # KLTV 45184A, lnotech AG, Basel (Suisse) Chlorure de calcium dihydrate (CaCl2-2H2θ), Fluka Chemicals, Buchs (Suisse). Chlorure de Guanidinium, Sigma Aldrich, Buchs (Suisse) Ovalbumine 5x cristallisée, Fluka Chemicals, Buchs (Suisse) Tri-sodium Citrate dihydrate, Panreac Chemicals, Barcelona (Espagne)Sodium Alginate, Lot # KLTV 45184A, Inotech AG, Basel (Switzerland) Calcium Chloride Dihydrate (CaCl2-2H2O), Fluka Chemicals, Buchs (Switzerland). Guanidinium Chloride, Sigma Aldrich, Buchs (Switzerland) Crystalline Ovalbumin 5x, Fluka Chemicals, Buchs (Switzerland) Tri-sodium Citrate Dihydrate, Panreac Chemicals, Barcelona (Spain)
Description de l'essaiDescription of the test
Dans un tampon Tris 10 mM à pH 7.0 on a dissout de l'ovalbumine à raison de 10 mg/ml, du chlorure de guanidinium (GdnCI) à raison de 3.0 mol/l ainsi que de l'alginate de sodium à des concentrations variant entre 2 et 5%. La solution a ensuite été dégazée et les bulles d'air éliminées par centrifugation et/ou sous vide.In a 10 mM Tris buffer at pH 7.0, 10 mg / ml of ovalbumin was dissolved, 3.0 mol / l of guanidinium chloride (GdnCl) and sodium alginate at varying concentrations were dissolved. between 2 and 5%. The solution was then degassed and the air bubbles removed by centrifugation and / or under vacuum.
On a ensuite laissé tomber goutte à goutte ce mélange dans une solution tampon Tris 10 mM à pH 7.0 contenant 5% de CaCI2 ainsi que de l'ovalbumine et du GdnCI aux mêmes concentrations qu'avant (10 mg/ml et 3.0 mol/l, respectivement) afin d'éviter les pertes pendant le stockage des billes. Des billes d'alginate d'un diamètre de 5 mm environ ont ainsi été formées.This mixture was then dripped into a 10 mM Tris buffer solution at pH 7.0 containing 5% CaCl 2 as well as ovalbumin and GdnCl at the same concentrations as before (10 mg / ml and 3.0 mol / l). l, respectively) to avoid losses during storage of the balls. Alginate beads with a diameter of about 5 mm were thus formed.
Pour le début de l'essai les billes, d'un volume total de 10 ml, ont été récupérées et égouttées à l'aide d'une passoire avant d'être plongées dans un récipient contenant 190 ml d'une solution tampon Tris 10 mM à pH 7.0. La suspension était agitée à l'aide d'un barreau magnétique. On a mesuré dès ce moment la migration du chlorure de guanidinium et de l'ovalbumine hors de la matrice d'alginate vers la solution extérieure. Le dosage duFor the beginning of the test, the balls, with a total volume of 10 ml, were recovered and drained with a strainer before being immersed in a container containing 190 ml of Tris buffer solution. mM at pH 7.0. The suspension was stirred with a magnetic bar. The migration of guanidinium chloride and ovalbumin from the alginate matrix to the outer solution was measured from this moment onwards. The dosage of the
GdnCL a été fait en continu par conductimétrie. La concentration de l'ovalbumine dans le liquide a quant à elle été déterminée par des prises d'échantillons régulières et par la mesure de l'absorbance de la solution à 280 nm.GdnCL was done continuously by conductimetry. The concentration of ovalbumin in the liquid was determined by regular sampling and by measuring the absorbance of the solution at 280 nm.
Deux tailles de billes ainsi que différentes concentrations d'alginate et des vitesses d'agitation variables ont été testées lors de ces essais.Two sizes of beads as well as different concentrations of alginate and variable stirring speeds were tested in these tests.
RésultatsResults
Les résultats des essais décrits ci-avant sont montrés à la Figure 2. On peut y voir que 20 minutes suffisent pour éliminer la quasi-totalité de l'agent dénaturant contenu dans des billes de 3-4 mm de diamètre, et ce quelle que soit la concentration d'alginate utilisée pour la fabrication des billes (entre 2 et 5%), La Figure 3 montre exactement les mêmes tendances pour des billes plus grosses, de 5 mm de diamètre. On constate également pour les deux tailles de billes que l'ovalbumine, du fait de sa taille, ne diffuse quant à elle que beaucoup plus lentement hors de la matrice d'alginate. La Figure 2 met aussi en évidence l'influence de la concentration en alginate sur la vitesse de libération des composants : première constatation, un gel à 5% d'alginate ne semble pas retenir plus fortement l'agent dénaturant qu'un gel à 2% ; ceci n'est pas trop surprenant vu la petite taille de la molécule de GdnCI. L'ovalbumine par contre, avec un poids moléculaire de 45 kDa, est libérée nettement moins rapidement d'un gel à 5% d'alginate que d'un gel à 2%. Le réseau plus « serré » du gel à 5% retient donc mieux la protéine étudiée ici.The results of the tests described above are shown in FIG. 2. It can be seen that it takes only 20 minutes to eliminate almost all of the denaturing agent contained in beads 3-4 mm in diameter, and that whatever either the alginate concentration used for the manufacture of the beads (between 2 and 5%), Figure 3 shows exactly the same trends for larger beads, 5 mm in diameter. It is also noted for the two sizes of beads that ovalbumin, because of its size, diffuse for its part that much slower out of the matrix of alginate. FIG. 2 also demonstrates the influence of the alginate concentration on the release rate of the components: first observation, a gel with 5% alginate does not seem to retain the denaturing agent more strongly than a gel with 2 % this is not too surprising given the small size of the GdnCl molecule. Ovalbumin, on the other hand, with a molecular weight of 45 kDa, is released much less rapidly from a 5% alginate gel than from a 2% gel. The "tighter" network of the 5% gel therefore retains better the protein studied here.
D'autres essais, dont les résultats sont reportés à la Figure 4, ont également montré que la vitesse d'agitation n'avait pour ainsi dire pas d'impact sur la vitesse de migration des différents composants, notamment du chlorure de guanidinium, vers l'extérieur des billes. Tous les résultats ci-dessus désignent clairement le transport à l'intérieur des billes comme l'étape limitante du processus.Other tests, the results of which are reported in FIG. 4, have also shown that the stirring speed had practically no impact on the migration speed of the various components, in particular guanidinium chloride, the outside of the balls. All the above results clearly indicate the transport inside the beads as the limiting step of the process.
Ces résultats démontrent aussi sans équivoque que des billes de faible diamètre ne sont pas exigées pour mener à bien l'application décrite ici. En conséquence, la présente invention ne requiert pas l'emploi d'une technologie sophistiquée pour la génération de gouttelettes monodisperses de faible diamètre telles que décrites dans la littérature sur la microencapsulation.These results also demonstrate unequivocally that small diameter beads are not required to carry out the application described here. In Accordingly, the present invention does not require the use of sophisticated technology for the generation of small diameter monodisperse droplets as described in the microencapsulation literature.
Les observations reportées ici démontrent donc amplement la validité du concept proposé, à savoir la migration rapide de l'agent dénaturant hors des billes d'alginate ainsi que la rétention de la majeure partie de la protéine à l'intérieur de celles-ci pendant ce laps de temps.The observations reported here thus amply demonstrate the validity of the proposed concept, namely the rapid migration of the denaturing agent out of the alginate beads as well as the retention of the major part of the protein within them during this period. time lapse.
Exemple 2 : Renaturation de l'α-amylase de B. amyloliquefaciens à haute concentration - comparaison de la méthode par dialyse et par diffusion de l'agent dénaturant hors d'une matrice d'alginate.EXAMPLE 2 Renaturation of the high concentration amyloliquefaciens α-amylase - comparison of the method by dialysis and by diffusion of the denaturing agent out of an alginate matrix.
Produits chimiques et réactifs Alginate de sodium, Lot # KLTV 45184A, lnotech AG, Basel (Suisse) α-amylase de Bacillus amyloliquefaciens, 839 unités/mgSOiιde , Sigma-AIdrich, Buchs (Suisse).Chemicals and reagents Sodium alginate, Lot # KLTV 45184A, Inotech AG, Basel (Switzerland) Bacillus amyloliquefaciens α-amylase, 839 units / mg SO , Sigma-Aldrich, Buchs (Switzerland).
Chlorure de Guanidinium, Sigma Aldrich, Buchs (Suisse) Chlorure de calcium dihydrate, Fluka Chemicals, Buchs (Suisse) Tri-sodium Citrate dihydrate, Panreac chemicals, Barcelona (Espagne) Phadebas® kit for amylase assay, Magie AB, Lund (Suède)Guanidinium Chloride, Sigma Aldrich, Buchs (Switzerland) Calcium Chloride Dihydrate, Fluka Chemicals, Buchs (Switzerland) Tri-Sodium Citrate Dihydrate, Panreac Chemicals, Barcelona (Spain) Phadebas® Kit for Amylase Assay, Magic AB, Lund (Sweden)
Mesure de la concentration de chlorure de guanidinium (GdnCI)Measurement of Guanidinium Chloride Concentration (GdnCl)
La concentration de l'agent dénaturant a été mesurée par conductimétrie, comme décrit dans l'essai 1.The concentration of the denaturing agent was measured by conductimetry as described in Run 1.
Mesure d'activité de l'α-amylase.Measurement of α-amylase activity.
L'activité de l'α-amylase (et donc la concentration d'enzyme native) a été déterminée lors des différents essais à l'aide d'un kit commercial Phadebas® commercialisé par la maison Magie AB, Lund (Suède). Celui-ci consiste en un amidon modifié, sur lequel a été greffé un colorant qui se solubilise au fur et à mesure de la dégradation du substrat par l'amylase. Les mesures ont été réalisées selon le protocole général suivant :The activity of α-amylase (and therefore the concentration of native enzyme) was determined during the various tests using a Phadebas® commercial kit marketed by Magie AB, Lund (Sweden). This consists of a modified starch, onto which has been grafted a dye which solubilizes as the substrate is degraded by the amylase. The measurements were carried out according to the following general protocol:
• Trois tablettes de substrat (insoluble) étaient dispersées dans 32 ml de tampon phosphate 0.1 M pH 7.0 contenant également 0.5 mM de chlorure de calcium. La suspension était maintenue sous agitation afin d'en garantir l'homogénéité.• Three (insoluble) substrate tablets were dispersed in 32 ml of 0.1 M pH 7.0 phosphate buffer also containing 0.5 mM calcium chloride. The suspension was kept stirring to ensure homogeneity.
• 2 ml de suspension étaient ensuite prélevés et placés dans un tube à essais. On y ajoutait ensuite 0.5 ml de solution d'enzyme (à la dilution appropriée) avant de mettre en route le chronomètre et de placer le mélange sous agitation, à température ambiante. • Après 10 minutes d'incubation on ajoutait 0.5 ml de NaOH 0.5 M sous bonne agitation, afin de stopper la réaction.• 2 ml of suspension were then taken and placed in a test tube. Then 0.5 ml of enzyme solution (at the appropriate dilution) was added before starting the stopwatch and stirring the mixture at room temperature. After 10 minutes of incubation, 0.5 ml of 0.5 M NaOH was added with good stirring in order to stop the reaction.
• La suspension résultante était ensuite filtrée sur membrane de 0.45 μm à l'aide d'une seringue et l'absorbance du surnageant mesurée à 620 nm (couleur bleue due au colorant solubilisé) contre un échantillon de contrôle négatif où la solution d'enzyme était remplacée par du tampon phosphate.The resulting suspension was then filtered through a 0.45 μm membrane using a syringe and the absorbance of the supernatant measured at 620 nm (blue color due to the solubilized dye) against a negative control sample where the enzyme solution was replaced by phosphate buffer.
• La différence d'absorbance ainsi mesurée était, en tenant compte des dilutions éventuelles, directement proportionnelle à la concentration d'enzyme active dans l'échantillon.• The difference in absorbance thus measured was, taking into account possible dilutions, directly proportional to the concentration of active enzyme in the sample.
Description de l'essaiDescription of the test
Cet essai a pour but de comparer les rendements de renaturation à haute concentration d'α-amylase obtenus soit par dialyse, soit par la méthode proposée dans la présente invention.The purpose of this test is to compare the renaturation yields at high concentration of α-amylase obtained either by dialysis or by the method proposed in the present invention.
Dans la première l'enzyme concentrée (10 mg/ml) se trouve en solution et est donc libre de former des agrégats. Dans la seconde l'enzyme se trouve immobilisée dans un gel permettant sa renaturation mais limitant sa mobilité, de telle sorte que l'agrégation est fortement inhibée.In the first the concentrated enzyme (10 mg / ml) is in solution and is therefore free to form aggregates. In the second, the enzyme is immobilized in a gel allowing its renaturation but limiting its mobility, so that the aggregation is strongly inhibited.
Dans la seconde approche l'enzyme dénaturée (10 mg/ml) et l'agent dénaturant (3.0 M) ont été encapsulés dans une matrice d'alginate. Les capsules ainsi formées ont été immergées dans une solution tampon, ce qui a permis une élimination rapide de l'agent dénaturant, comme démontré dans l'essai 1. Les billes ont ensuite été récupérées et dissoutes par complexation du calcium à l'aide de citrate. L'activité de l'amylase a été mesurée avant dénaturation et après le traitement de renaturation.In the second approach the denatured enzyme (10 mg / ml) and the denaturing agent (3.0 M) were encapsulated in an alginate matrix. The capsules thus formed were immersed in a buffer solution, which allowed rapid removal of the denaturing agent, as demonstrated in Test 1. The beads were then recovered and dissolved by complexation of calcium with citrate. Amylase activity was measured before denaturation and after renaturation treatment.
Dénaturation de l'α-amylase et renaturation par dialyseDenaturation of α-amylase and renaturation by dialysis
Environ 5 ml d'une solution à 10 mg/ml d'α-amylase de B. amyloliquefaciens ont été dénaturés à température ambiante pendant 12 h en présence de 3.0 M de chlorure de guanidinium (GdnCI). L'activité résiduelle de l'enzyme a été mesurée avant et après dénaturation. Les résultats sont consignés dans le Tableau 1.About 5 ml of a 10 mg / ml solution of B. amyloliquefaciens α-amylase was denatured at room temperature for 12 h in the presence of 3.0 M guanidinium chloride (GdnCl). The residual activity of the enzyme was measured before and after denaturation. The results are shown in Table 1.
Une quantité équivalant à 2 ml de la solution d'enzyme dénaturée a ensuite été transférée dans une cassette de dialyse dont le seuil de coupure nominal est de 10 kDa. La cassette a ensuite été mise en suspension dans 3.0 litres de tampon phosphate agités à l'aide d'un barreau magnétique, et laissée pendant 12 heures. L'équilibre des concentrations une fois atteint, l'agent dénaturant se trouvait dilué 1 '50O fois, ce qui correspond à une concentration résiduelle de 2 mM.An amount equivalent to 2 ml of the denatured enzyme solution was then transferred to a dialysis cassette with a nominal cutoff of 10 kDa. The cassette was then suspended in 3.0 liters of phosphate buffer stirred with a magnetic bar and left for 12 hours. Once the equilibrium of the concentrations was reached, the denaturing agent was diluted 1 × 50 times, which corresponds to a residual concentration of 2 mM.
On a noté qu'après une longue dénaturation de 12 h, il ne restait plus que 8 % d'activité relative. Lors de la renaturation par dialyse, un précipité est apparu dans la cassette. Après les 12 heures de dialyse, l'échantillon a été récupéré, mélangé et son activité mesurée. Celle-ci s'est révélée être très faible, atteignant 4 % de l'activité initiale. Il semble donc que l'agrégation des protéines a engendré une perte notable de l'activité. Le problème de la dialyse est que la concentration en enzyme reste élevée dans la cassette (10 mg/ml). Ainsi, la tendance à l'agrégation est forte et la renaturation par dialyse apparaît comme une méthode inappropriée dans ce cas de figure.It was noted that after a long denaturation of 12 hours, only 8% of relative activity remained. During renaturation by dialysis, a precipitate appeared in the cassette. After 12 hours of dialysis, the sample was recovered, mixed and its activity measured. This proved to be very low, reaching 4% of initial activity. It therefore seems that the aggregation of proteins has caused a significant loss of activity. The problem of dialysis is that the enzyme concentration remains high in the cassette (10 mg / ml). Thus, the tendency to aggregation is strong and renaturation by dialysis appears as an inappropriate method in this case.
L'activité de l'enzyme a été mesurée à chaque étape de l'expérience et est reportée dans le Tableau 1 ci-après. On y trouve la concentration d'enzyme Camyiase en mg de protéine par ml, l'activité enzymatique par unité de volume AVOι, l'activité spécifique Aspec (en unités par mg de protéine) et finalement l'activité relative Areι exprimée en % de l'activité de l'enzyme native. Toute l'expérience s'est déroulée à température ambiante.The activity of the enzyme was measured at each stage of the experiment and is reported in Table 1 below. It contains the enzyme concentration C am yiase mg protein per ml, the enzyme activity per unit volume A VO ι, the specific activity A sp ec (in units per mg protein) and finally the activity relative A re ι expressed in% of the activity of the native enzyme. The whole experiment took place at room temperature.
Tableau 1 : Activité de l'α-amylase à chaque étape de la renaturation par dialyseTable 1: α-Amylase Activity at Each Step of Renaturation by Dialysis
Figure imgf000025_0001
Figure imgf000025_0001
Dénaturation de l'α-amylase et renaturation dans une matrice d'alqinateDenaturation of α-amylase and renaturation in an alqinate matrix
Le but est d'encapsuler l'enzyme dénaturée à haute concentration dans une matrice d'alginate en présence du chlorure de guanidinium, de permettre à ce dernier de diffuser rapidement hors des billes avant de les récupérer et de les plonger dans une solution de citrate de sodium pour dissoudre le gel et récupérer une enzyme concentrée et active.The aim is to encapsulate the denatured enzyme at high concentration in an alginate matrix in the presence of guanidinium chloride, to allow the latter to rapidly diffuse out of the beads before recovering them and to immerse them in a solution of citrate of sodium to dissolve the gel and recover a concentrated and active enzyme.
On a pesé 200 mg d'α-amylase, avant de les transférer dans un flacon jaugé de 20 ml. Environ 10 ml de tampon phosphate 0.1 M pH 7.0 contenant 0.5 mM de CaCb- ont été transférés dans le jaugé pour dissoudre l'enzyme. Après dissolution de l'enzyme, on a ajouté 5.732 g de chlorure de guanidinium (correspondant à 3.0 M une fois dissouts dans 20 ml) à la solution d'enzyme et complété le volume jusqu'à un total de 19.5 ml environ. On a ensuite laissé le mélange 16h à température ambiante afin de dénaturer l'enzyme le plus complètement possible.200 mg of α-amylase were weighed before being transferred to a 20 ml graduated flask. About 10 ml of 0.1 M phosphate buffer pH 7.0 containing 0.5 mM CaCb- was transferred to the gauge to dissolve the enzyme. After dissolution of the enzyme, 5.732 g of guanidinium chloride (corresponding to 3.0 M when dissolved in 20 ml) was added to the enzyme solution and the volume was supplemented to a total of about 19.5 ml. The mixture was then left at room temperature for 16 hours in order to denature the enzyme as completely as possible.
A la fin de l'étape de dénaturation on a transféré la solution d'enzyme dans un bêcher de 50 ml et ajouté 0.8 g d'alginate afin d'obtenir une solution à 4% de ce dernier. On a agité doucement avec une spatule afin de dissoudre l'alginate sans générer trop de bulles d'air. Le cas échéant, ces dernières peuvent être efficacement éliminées par centrifugation ou en plaçant la solution sous vide. L'alginate une fois dissout on a rempli une seringue de 10 ml avec le mélange, que l'on a laissé tomber goutte à goutte dans 490 ml d'une solution de CaCI2 5%. Les billes ainsi formées ont été laissées pendant 1 h sous agitation modérée. Ce laps de temps est assez long pour permettre l'élimination complète de l'agent dénaturant et permettre la renaturation de l'enzyme, tout en étant assez court pour garantir une bonne rétention de cette dernière.At the end of the denaturation step, the enzyme solution was transferred to a 50 ml beaker and 0.8 g of alginate added to give a 4% solution of the latter. It was stirred gently with a spatula to dissolve the alginate without generating too much air bubbles. If necessary, these can be effectively removed by centrifugation or by placing the solution under vacuum. Once the alginate had dissolved, a 10 ml syringe was filled with the mixture, which was dropped into 490 ml of a 5% CaCl 2 solution. The beads thus formed were left for 1 h with gentle stirring. This time is long enough to allow the complete elimination of the denaturing agent and allow the renaturation of the enzyme, while being short enough to ensure good retention of the latter.
Les 10 ml de billes ont ensuite été récupérées à l'aide d'une passoire et transférées dans 90 ml de citrate de sodium 500 mM à pH 5.0 afin de dissoudre l'alginate et de récupérer l'enzyme soluble et renaturée.The 10 ml of beads were then collected using a strainer and transferred to 90 ml of 500 mM sodium citrate pH 5.0 to dissolve the alginate and recover the soluble and renatured enzyme.
L'activité de l'enzyme ainsi renaturée a finalement été mesurée et comparée à l'activité récupérée après dialyse à la même concentration de 10 mg/ml. Les résultats sont consignés dans le Tableau 2.The activity of the thus renatured enzyme was finally measured and compared to the activity recovered after dialysis at the same concentration of 10 mg / ml. The results are shown in Table 2.
Tableau 2 : Renaturation de l'enzyme par encapsulation dans une matrice d'alginateTable 2: Renaturation of the enzyme by encapsulation in an alginate matrix
Figure imgf000026_0001
Figure imgf000026_0001
On constate pour cet essai un rendement de renaturation de 65%. A conditions expérimentales identiques cette valeur est très similaire aux rendements habituellement obtenus en diluant 50 fois une solution contenant 1 mg/ml d'enzyme et 3.0 M de chlorure de Guanidinium. Ce résultat a par contre été atteint à une concentration d'enzyme 50 fois supérieure représentant ainsi des économies substantielles pour les étapes de purification suivantes où l'enzyme devra être à nouveau concentrée. RéférencesThis test shows a renaturation yield of 65%. Under identical experimental conditions, this value is very similar to the yields usually obtained by diluting 50 times a solution containing 1 mg / ml of enzyme and 3.0 M of guanidinium chloride. This result, on the other hand, has been achieved at a concentration of enzyme 50 times higher, thus representing substantial savings for the subsequent purification steps where the enzyme will have to be concentrated again. References
Brekke O H and l_0set G A (2003) New technologies in therapeutic antibody development Current opinion in Pharmacology 3 (5), 544-550Brekke O H and l_0set G A (2003) New technologies in therapeutic antibody development Current opinion in Pharmacology 3 (5), 544-550
De Bernardez Clark E (1998) Refolding of recombinant proteins Current Opinion in Biotechnology 9, 157-163From Bernardez Clark E (1998) Refolding of Recombinant Proteins Current Opinion in Biotechnology 9, 157-163
De Bernardez Clark E (2001 ) Protein refolding for industnal processes Current Opinion in Biotechnology, 12, 202-207From Bernardez Clark E (2001) Protein refolding for industal processes Current Opinion in Biotechnology, 12, 202-207
Schlegl R , Tschehessnig A , Necina R , Wandl R , Jungbauer A (2005) Refolding of proteins in a CSTR Chemical Engineering Science 60, 5770-5780Schlegl R, Tschehessnig A, Necina R, Wandl R, Jungbauer A (2005) Refolding of proteins in a CSTR Chemical Engineering Science 60, 5770-5780
Ferré H , Ruffet E , Nielsen L -L B , Nissen M H , Hobley T J , Thomas O R T , Buus S (2005) A novel System for continuous protein refolding and on-line capture by expanded bed adsorption Protein Science U, 2141-2153Ferré H, Ruffet E, Nielsen L -L B, Nissen M H, Hobley T J, Thomas O R T, Buus S (2005) Protein Science U, 2141-2153 A Novel Protein Science U, 2141-2153
Middelberg A P J (2002) Preparative protein refolding Trends in Biotechnology 20 (10), 437-443Middelberg A P J (2002) Preparative Protein Refolding Trends in Biotechnology 20 (10), 437-443
Lancknet H & Middelberg A P J (2004) Continuous chromatographic protein refolding Journal of Chromatography A 1022, 103-113Lancknet H & Middelberg A P J (2004) Continuous Chromatography Protein Refolding Journal of Chromatography A 1022, 103-113
Hutchinson M W & Chase H A (2006) Adsorptive refolding of histidine-tagged glutathione S-transferase using métal affinity chromatography Journal of Chromatography A 1 128 (1-2), 125-132 Randolph T W ét al (1999) High pressure fosters protein refolding from aggregates at high concentrations, PNAS 96 (23), 13029-13033Hutchinson MW & Chase HA (2006) Adsorptive refolding of histidine-tagged glutathione S-transferase using metal affinity chromatography Journal of Chromatography A 1 128 (1-2), 125-132 Randolph TW et al (1999) High pressure fosters protein refolding aggregates at high concentrations, PNAS 96 (23), 13029-13033
Randolph T W ét al (2002) High hydrostatic pressure as a tool to study protein aggregation and amyloidosis Biochimica et Biophysica Acta 1595, 224-234Randolph T W et al (2002) High hydrostatic pressure as a tool to study protein aggregation and amyloidosis Biochimica and Biophysica Acta 1595, 224-234
Mondai K , Bohidar H B , Roy R P , Gupta M N (2006) Algmate-chaperoned facile refolding of Chrornobactenurn viscosum hpase Biochimica eî Biophysica Acta 1764., 877-886Mondai K, HB Bohidar, Roy RP, Gupta MN (2006) Algmate-chaperoned easy refolding of Chrornobactenurn viscosum hpase Biochimica ei Biophysica Acta 1764 . , 877-886
Mondai K , Raghava S , Barua B , Varadarajan R , Gupta M N (2007) RoIe of Stimuh- Sensitive Polymers in Protein Refolding r-Amylase and CcdB (Controller of CeII Division or Death B) as Model Proteins Langmuir 23, 70-75 Mondai K, Raghava S, Barua B, Varadarajan R, Gupta M N (2007) RoIe of Stimuh- Sensitive Polymers in Protein Refolding r-Amylase and CcdB (Controller of this Division or Death B) as Model Proteins Langmuir 23, 70-75

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de purification et de renaturation d'une protéine recombinante accumulée sous forme d'un corps d'inclusion insoluble par des cellules procaryotes ou eucaryotes, caractérisé en ce que : a) on récolte après centrifugation les corps d'inclusion sous forme d'un culot, éventuellement avec les débris cellulaires résultant de la lyse des cellules procaryotes ou eucaryotes, b) on met le culot en présence d'une solution dénaturante contenant au moins un agent dénaturant et/ou un agent réducteur et/ou un agent détergent, afin de dissoudre les protéines contenues dans le culot, c) on élimine, si nécessaire, les débris cellulaires par centrifugation, puis on récupère le surnageant (la solution dénaturante) et on y dissout un polymère gélifiant, d) on met en contact la solution dénaturante comprenant le polymère gélifiant avec un bain provoquant la gélification du polymère gélifiant dissout, conduisant ainsi à l'encapsulation des protéines dénaturées et de l'agent dénaturant et/ou de l'agent réducteur et/ou de l'agent détergent dans la solution ainsi gélifiée, e) on permet à l'agent dénaturant et/ou à l'agent réducteur et/ou à l'agent détergent de diffuser à travers la solution ainsi gélifiée comprenant les protéines dénaturées encapsulées, entraînant ainsi une renaturation progressive de ces protéines dénaturées tout en limitant leur agrégation, f) on met les capsules contenant la protéine renaturée en présence d'une solution permettant la dissolution du gel, g) on obtient la protéine renaturée et purifiée en solution.1. Process for purifying and renaturing a recombinant protein accumulated in the form of an insoluble inclusion body by prokaryotic or eukaryotic cells, characterized in that: a) the inclusion bodies are harvested after centrifugation in the form of a pellet, optionally with cell debris resulting from the lysis of prokaryotic or eukaryotic cells, b) the pellet is put in the presence of a denaturing solution containing at least one denaturing agent and / or a reducing agent and / or a detergent agent in order to dissolve the proteins contained in the pellet, c) the cell debris is removed by centrifugation if necessary, then the supernatant (the denaturing solution) is recovered and a gelling polymer is dissolved therein, d) the denaturing solution comprising the gelling polymer with a bath causing gelation of the dissolved gelling polymer, thereby leading to the encapsulation of the denatured proteins and denaturing agent and / or reducing agent and / or detergent in the solution thus gelled, e) allowing the denaturing agent and / or the reducing agent and / or the detergent agent to diffuse through the thus gelled solution comprising the encapsulated denatured proteins, thus resulting in a progressive renaturation of these denatured proteins while limiting their aggregation, f) the capsules containing the renatured protein are placed in the presence of a solution allowing the dissolution gel, g) the renatured and purified protein is obtained in solution.
2. Procédé de purification et de renaturation selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la lyse des cellules procaryotes ou eucaryotes est effectuée de manière chimique, mécanique ou par ultrasons.2. purification and renaturation process according to claim 1, characterized in that the lysis of prokaryotic or eukaryotic cells is carried out chemically, mechanically or ultrasonically.
3. Procédé de purification et de renaturation selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on réalise l'étape d) en laissant tomber goutte à goutte la solution dénaturante comprenant le polymère gélifiant dissout dans le bain provoquant la gélification dudit polymère gélifiant. 3. purification and renaturation process according to any one of claims 1 or 2, characterized in that step d) is carried out by dropping the denaturing solution comprising the gelling polymer dissolved in the bath causing gelation of said gelling polymer.
4. Procédé de purification et de renaturation selon l'une quelconque des revendications 1 , 2 ou 3, caractérisé en ce que on permet à l'agent dénaturant et/ou à l'agent réducteur et/ou à l'agent détergent de diffuser vers l'extérieur des billes de polymère gélifiant lorsque celles-ci sont mises en contact avec un milieu aqueux, les protéines restant captives à l'intérieur du fait de leur taille supérieure.4. Process for purification and renaturation according to any one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the denaturing agent and / or the reducing agent and / or the detergent agent are allowed to diffuse. to the outside of the gelling polymer beads when they are brought into contact with an aqueous medium, the proteins remaining captive inside because of their larger size.
5. Procédé de purification et de renaturation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'agent dénaturant est sélectionné parmi le groupe comprenant l'urée ou le chlorure de guanidinium.5. Process for purification and renaturation according to any one of the preceding claims, characterized in that the denaturing agent is selected from the group comprising urea or guanidinium chloride.
6. Procédé de purification et de renaturation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'agent réducteur est sélectionné parmi le groupe comprenant le β-mercaptoéthanol, la glycine, le dithiothreitol et la glutathione.6. purification and renaturation process according to any one of the preceding claims, characterized in that the reducing agent is selected from the group comprising β-mercaptoethanol, glycine, dithiothreitol and glutathione.
7. Procédé de purification et de renaturation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'agent détergent est sélectionné parmi le groupe comprenant les détergents anioniques, neutres, cationiques ou zwitterioniques.7. purification and renaturation process according to any one of the preceding claims, characterized in that the detergent agent is selected from the group consisting of anionic, neutral, cationic or zwitterionic detergents.
8. Procédé de purification et de renaturation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'agent détergent est sélectionné parmi le groupe comprenant le Triton X100, le CHAPS, le dodécyl maltoside, le DTAB et le CTAB.8. purification and renaturation process according to any one of the preceding claims, characterized in that the detergent agent is selected from the group consisting of Triton X100, CHAPS, dodecyl maltoside, DTAB and CTAB.
9. Procédé de purification et de renaturation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les trois agents (dénaturant, réducteur et détergent) peuvent se trouver ensemble dans la même solution dénaturante, seuls ou par groupe de deux.9. Process for purification and renaturation according to any one of the preceding claims, characterized in that the three agents (denaturant, reducing agent and detergent) can be together in the same denaturing solution, alone or in groups of two.
10. Procédé de purification et de renaturation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le polymère gélifiant est sélectionné parmi le groupe comprenant l'alginate, le carraghénane, le chitosan, la pectine, l'amidon (modifié ou non), la gélatine, le sulfate de cellulose, la carboxyméthyl-cellulose, la gomme de xanthane, la locust bean gum, la gomme de gellane, l'agar agar, des polymères synthétiques et des polymères intelligents.10. purification and renaturation process according to any one of the preceding claims, characterized in that the gelling polymer is selected from the group comprising alginate, carrageenan, chitosan, pectin, starch (modified or unmodified), gelatin, cellulose sulfate, carboxymethyl cellulose, xanthan gum, locust bean gum, gellan gum, agar agar, synthetic polymers and polymers intelligent.
11. Procédé de purification et de renaturation selon la revendication 10, caractérisé en ce que le polymère gélifiant est de l'alginate à une concentration comprise entre 1 et 10%, préférablement entre 2 et 5%.11. purification and renaturation process according to claim 10, characterized in that the gelling polymer is alginate at a concentration of between 1 and 10%, preferably between 2 and 5%.
12. Procédé de purification et de renaturation selon la revendication 11 , caractérisé en ce que le bain provoquant la gélification de l'alginate est constitué d'une solution de chlorure de calcium à une concentration comprise entre 2 et 10%, préférablement aux alentours de 5%.12. Process for purification and renaturation according to claim 11, characterized in that the bath causing the gelling of the alginate consists of a solution of calcium chloride at a concentration of between 2 and 10%, preferably around 5%.
13. Procédé de purification et de renaturation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la solution permettant la dissolution du gel est choisie parmi le groupe comprenant une solution de citrate de sodium, d'EDTA et de fluorure de sodium.13. purification and renaturation process according to any one of the preceding claims, characterized in that the solution for the dissolution of the gel is selected from the group comprising a solution of sodium citrate, EDTA and sodium fluoride.
14. Procédé de purification et de renaturation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la solution permettant la dissolution du gel est une solution tamponnée à une concentration comprise entre environ 100 mM et 50OmM.14. purification and renaturation process according to any one of the preceding claims, characterized in that the solution for the dissolution of the gel is a buffered solution at a concentration between about 100 mM and 50OmM.
15. Procédé de purification et de renaturation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce la dissolution est conduite sur une durée de 30 à 180 minutes et à une température comprise entre 5 et 400C.15. purification and renaturation process according to any one of the preceding claims, characterized in that the dissolution is conducted for a period of 30 to 180 minutes and at a temperature between 5 and 40 0 C.
16. Appareil pour la mise en œuvre du procédé de purification et de renaturation d'une protéine recombinante accumulée sous forme d'un corps d'inclusion insoluble par des cellules procaryotes ou eucaryotes selon l'une quelconque des revendications précédentes. Apparatus for carrying out the method of purifying and renaturing a recombinant protein accumulated as an insoluble inclusion body by prokaryotic or eukaryotic cells according to any one of the preceding claims.
17. Kit pour la mise en œuvre du procédé de purification et de renaturation d'une protéine recombinante accumulée sous forme d'un corps d'inclusion insoluble par des cellules procaryotes ou eucaryotes selon l'une quelconque des revendications précédentes, le kit comprenant i) un agent dénaturant et/ou un agent réducteur et/ou un agent détergent en général sous forme de solutions, ii) un polymère gélifiant, iii) les composés pour la préparation du bain provoquant la gélification dudit polymère gélifiant, iv) les composés pour la préparation d'une solution de dissolution du gel et, optionnellement, v) des cellules procaryotes ou eucaryotes nécessaires à l'expression de la protéine recombinante. 17. A kit for carrying out the method of purifying and renaturing a recombinant protein accumulated in the form of an insoluble inclusion body by prokaryotic or eukaryotic cells according to any one of the preceding claims, the kit comprising ) a denaturing agent and / or a reducing agent and / or a detergent agent in general in the form of solutions, ii) a gelling polymer, iii) compounds for the preparation of the bath causing gelation of said gelling polymer, iv) compounds for the preparation of a dissolution solution of the gel and, optionally, v) prokaryotic or eukaryotic cells necessary for the expression of the recombinant protein.
PCT/IB2010/052368 2009-05-29 2010-05-27 Method for purifying and restoring a recombinant protein WO2010136992A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH8262009A CH701129A2 (en) 2009-05-29 2009-05-29 A method of purifying and refolding a recombinant protein.
CH00826/09 2009-05-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010136992A1 true WO2010136992A1 (en) 2010-12-02

Family

ID=42341646

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/IB2010/052368 WO2010136992A1 (en) 2009-05-29 2010-05-27 Method for purifying and restoring a recombinant protein

Country Status (2)

Country Link
CH (1) CH701129A2 (en)
WO (1) WO2010136992A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1992002540A1 (en) 1990-08-01 1992-02-20 Bioeurope Method for purifying a protein present in an inclusion body
WO1994002625A1 (en) 1992-07-21 1994-02-03 Immunex Corporation Process for isolating recombinant polypeptides
WO2007062174A2 (en) 2005-11-21 2007-05-31 Barofold, Inc. Devices and methods for high-pressure refolding of proteins
AU2007202306A1 (en) 1999-08-12 2007-06-14 Barofold, Inc. Improved protein disaggregation and refolding using high pressure

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1992002540A1 (en) 1990-08-01 1992-02-20 Bioeurope Method for purifying a protein present in an inclusion body
WO1994002625A1 (en) 1992-07-21 1994-02-03 Immunex Corporation Process for isolating recombinant polypeptides
AU2007202306A1 (en) 1999-08-12 2007-06-14 Barofold, Inc. Improved protein disaggregation and refolding using high pressure
WO2007062174A2 (en) 2005-11-21 2007-05-31 Barofold, Inc. Devices and methods for high-pressure refolding of proteins

Non-Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BREKKE O.H.; LØSET G.A.: "New technologies in therapeutic antibody development.", CURRENT OPINION IN PHARMACOLOGY, vol. 3, no. 5, 2003, pages 544 - 550
DE BEMARDEZ CLARK E.: "Protein refolding for industrial processes", CURRENT OPINION IN BIOTECHNOLOGY, vol. 12, 2001, pages 202 - 207
DE BERNARDEZ CLARK E.: "Refolding of recombinant proteins", CURRENT OPINION IN BIOTECHNOLOGY, vol. 9, 1998, pages 157 - 163
FERRÉ H.; RUFFET E.; NIELSEN L.-L. B.; NISSEN M.H.; HOBLEY T.J.; THOMAS O.R.T.; BUUS S.: "A novel system for oontinuous protein refolding and on-line capture by expanded bed adsorption", PROTEIN SCIENCE, vol. 14, 2005, pages 2141 - 2153
HUTCHINSON M.W.; CHASE H.A.: "Adsorptive refolding of histidine-tagged glutathione S-transferase using metal affinity chromatography", JOURNAL OF CHROMATOGRAPHY A, vol. 1128, no. 1-2, 2006, pages 125 - 132
LANCKRIET H.; MIDDELBERG A.P.J.: "Continuous chromatographic protein refolding", JOURNAL OF CHROMATOGRAPHY A, vol. 1022, 2004, pages 103 - 113
MIDDELBERG A P J: "Preparative protein refolding", TRENDS IN BIOTECHNOLOGY, ELSEVIER PUBLICATIONS, CAMBRIDGE, GB LNKD- DOI:10.1016/S0167-7799(02)02047-4, vol. 20, no. 10, 1 October 2002 (2002-10-01), pages 437 - 443, XP004379930, ISSN: 0167-7799 *
MIDDELBERG A.P.J.: "Preparative protein refolding", TRENDS IN BIOTECHNOLOGY, vol. 20, no. 10, 2002, pages 437 - 443
MONDAI K.; BOHIDAR H.B.; ROY R.P.; GUPTA M.N.: "Alginate-chaperoned facile refoiding of Chromobacterium viscosum lipase", BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA, vol. 1764, 2006, pages 877 - 886
MONDAL K.; RAGHAVA S.; BARUA B.; VARADARAJAN R.; GUPTA M.N.: "Role of Stimuli-Sensitive Polymers in Protein Refolding: r-Amylase and CodB (Controller of Cell Division or Death B) as Model Proteins", LANGMUIR, vol. 23, 2007, pages 70 - 75
RANDOLPH T.W. ET AL.: "High hydrostatic pressure as a tool to study protein aggregation and amyloidosis", BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA, vol. 1595, 2002, pages 224 - 234
RANDOLPH T.W. ET AL.: "High pressure fosters protein refolding from aggregates at high concentrations", PNAS, vol. 96, no. 23, 1999, pages 13029 - 13033
SCHLEGL R.; TSCHELIESSNIG A.; NECINA R.; WANDL R.; JUNGBAUER A.: "Refolding of proteins in a CSTR", CHEMICAL ENGINEERING SCIENCE, vol. 60, 2005, pages 5770 - 5780

Also Published As

Publication number Publication date
CH701129A2 (en) 2010-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR3041505A1 (en) ACIDIC COMPOSITION COMPRISING AT LEAST ONE STABLE ACID PH PHYOCYANINE
WO1994004261A1 (en) Utilization of a transacylation reaction between an esterified polysaccharide and a polyaminated or polyhydroxylated substance for fabricating microparticles, microparticles thus obtained, methods and compositions containing them
FR2503183A1 (en) PROCESS AND ASSEMBLY FOR PRODUCING SUBSTANCES FORMED BY LIVING CELLS
EP3601318A2 (en) Purification of phycobiliproteins
EP3718530A1 (en) Gel capsule comprising a plant cell
FR2501715A1 (en) PROCESS FOR CULTURING CELLS REQUIRING FASTENING FOR THE MANUFACTURE OF THERAPEUTIC SUBSTANCES
FR2544330A1 (en) PROCESS, BY ENCAPSULATION AND LYSE OF CELL MEMBRANE, RECOVERY AND PURIFICATION OF A SUBSTANCE DEVELOPED BUT NOT EXCRETED BY CELLS
EP1297116B1 (en) Method for isolating and purifying a protein
FR2545837A1 (en) TRANSFORMATION OF LIPOSOME-PROMOTED EUKARYOTIC CELLS
WO2010136992A1 (en) Method for purifying and restoring a recombinant protein
Koyama et al. Evaluation of mass-transfer characteristics in alginate-membrane liquid-core capsules prepared using polyethylene glycol
WO2015086832A1 (en) Capsules containing cells with blood-forming potential
WO2016124569A1 (en) Matrix in ball form as a cell carrier
WO2016034714A1 (en) Capsules with a conductive membrane
WO1992002540A1 (en) Method for purifying a protein present in an inclusion body
EP3164140B1 (en) Microalga enriched with silicon in a water-soluble form
BE1029567B1 (en) METHOD FOR PRODUCTION OF BACTERIOPHAGES
BE1029550B1 (en) AUTOMATED PLASMIDIC EXTRACTION
WO2019115549A1 (en) Method for screening sequences of culture conditions
WO2019057914A1 (en) Bactericidal or bacteriostatic or antifungal capsules comprising living cells, and their uses
Mohd-Setapara et al. Reverse micelle liquid-liquid extraction of bovine serum albumin and lysozyme
FR2843965A1 (en) New powder particles based on associative, amphiphilic polysaccharide, preferably alginate, useful for encapsulation of peptides, polypeptides or proteins, e.g. enzymes for use in detergents
FR3106726A1 (en) Preparation of an extract rich in phycobiliproteins
Feliciano et al. JET CUTTER AS A TOOL TO IMOBILIZE LIPASE FOR FOOD AND AGRO-INDUSTRIAL APPLICATIONS
FR3109584A1 (en) Microcompartment for culturing cnidarian cells

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10726591

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10726591

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1