細胞内輸送とヒドロキシプロリンのグリコシル化

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13506 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

「Ser-Pro」モチーフのタンデムリピートなどの「デザイナー」ヒドロキシプロリン（Hyp）-O-グリコシル化ペプチド（HypGP）を含む植物細胞における組換えタンパク質の発現は、分泌タンパク質の収量を高めることが示されています。 しかし、HypGPタグ付きタンパク質の劇的な分泌とHyp-O-グリコシル化は、植物細胞が窒素欠乏SH培地で増殖した場合にのみ達成できます。 MS培地では微量の分泌融合タンパク質のみが検出されました。 この研究は、(SP)32 タグと融合した強化緑色蛍光タンパク質 (EGFP) の細胞内輸送と Hyp-O-グリコシル化を調べることにより、これらの結果の根底にある考えられるメカニズムをより深く理解することを目的としています。 Ser-Pro」モチーフ、タバコBY-2細胞。 細胞をMS培地で増殖させると、(SP)32-EGFPはプロテインボディ様の凝集体を形成し、Hyp-O-グリコシル化を受けることなくER内に保持されました。 対照的に、融合タンパク質は完全に Hyp-O-グリコシル化され、SH 培地中に分泌されます。 SH培地とMS培地で増殖させたBY-2細胞のトランスクリプトーム分析により、16,000を超えるDEGが明らかになり、多くの上方制御されたDEGが微小管ベースの移動、細胞内成分の移動、および微小管結合に関連していることが明らかになりました。 これらのDEGはおそらくHypGPタグ付きタンパク質のER-ゴルジ輸送の強化に関与しており、SH培地中でのグリコシル化と分泌を可能にします。

植物細胞は、他の真核生物に比べて安全性と費用対効果の点で利点があるため、組換え医薬タンパク質の強力な生物生産プラットフォームとして浮上しています1、2、3。 哺乳類細胞と同様に、植物細胞も無菌かつ制御された環境で培養され、cGMP は生産パイプライン全体に容易に導入できます。 過去 20 年にわたり、植物細胞培養システムの改善は大幅に進歩し、その結果、いくつかの商業的成功事例が生まれました。 特に、FDA の承認を受けた希少疾病用医薬品 Elelyso® は、ゴーシェ病の治療用に植物細胞で生成される治療用酵素 (グルコセレブロシダーゼ) であり、ヒトに使用される世界初の植物細胞で作られたタンパク質医薬品となりました 4,5。 この画期的な進歩にもかかわらず、いくつかの技術的課題により、このプラットフォームの広範な商業用途が制限されています。 最も重大な課題は生産性の低さであり、タンパク質収量は 1.0 µg/L ～ 10 mg/L の範囲にあります6、7、8。 さらに、目的のタンパク質は細胞内に蓄積する傾向があり、タンパク質精製コストの増加につながります。

これらの技術的課題は、最近、HypGP エンジニアリングと呼ばれる独自の技術によって解決されました。この技術には、ヒドロキシプロリン (Hyp)-O-グリコシル化ペプチド (HypGP) タグと融合した組換えタンパク質の発現が含まれます。 「Ser-Pro」モチーフまたは「Ala-Pro」モチーフ。(SP)n および (AP)n で示されます (n = 5、10、20、32)。 HypGP タグは、結合したタンパク質の培地への効率的な輸送を促進する際の分子担体として機能すると考えられます。 結果として、この技術は植物細胞培養物 9、10、11、12、13 および微細藻類 14 におけるいくつかの組換えタンパク質の分泌量を大幅に増加させました。 しかし、植物細胞における HypGP タグ付きタンパク質の分泌と Hyp-O グリコシル化は、培地の組成によって大きく影響されることが発見されました 15。 注目すべきことに、BY-2細胞を窒素欠乏シェンク＆ヒルデブラント（SH）培地で増殖させると、完全にグリコシル化されたHypGPタグ付きタンパク質が大量に分泌され、細胞バイオマスの蓄積が低下しました。 対照的に、BY-2 細胞を窒素が豊富な Murashige and Skoog (MS) 培地で増殖させた場合には、少量の分泌タンパク質が検出されました 16。この培地は、急速な細胞増殖と高いバイオマス蓄積をサポートします。 いずれの場合も、細胞内のHypGPタグ付きタンパク質はグリコシル化されていないままでした9、15、17、18。 興味深いことに、HypGP タグ付きタンパク質を植物全体 (Nicotiana tabacum および Nicotiana benthamiana) で発現させた場合、合成されたタンパク質のほとんどはグリコシル化されていないままでした 17,19。