一.納米抗體重組表達(dá)系統(tǒng)
1. 原核表達(dá)系統(tǒng):利用大腸桿菌表達(dá)納米抗體具有幾個(gè)優(yōu)勢:大腸桿菌遺傳背景清晰、基因操作簡單、易培養(yǎng)。另外,大腸桿菌表達(dá)系統(tǒng)具有成熟的操作方法以及大量常用的表達(dá)載體和宿主。在大腸桿菌中表達(dá)納米抗體有兩種表達(dá)策略:信號肽介導(dǎo)的周質(zhì)表達(dá)和細(xì)胞質(zhì)表達(dá)。納米抗體在周質(zhì)中的表達(dá)量通常較低,為提高納米抗體在周質(zhì)的表達(dá)水平,可將納米抗體與標(biāo)簽蛋白進(jìn)行融合表達(dá)。大腸桿菌中表達(dá)納米抗體常用的表達(dá)宿主如下表所示:
菌株 |
特點(diǎn) |
BL21(DE3) |
高效表達(dá)克隆于含有噬菌體T7啟動(dòng)子的表達(dá)載體(如pET系列) |
Rosetta |
可增強(qiáng)帶有大腸桿菌稀有密碼子的真核蛋白的表達(dá) |
SHuffle |
提供胞質(zhì)內(nèi)氧化環(huán)境,有利于目的蛋白二硫鍵的正確折疊 |
Arctic Express |
低溫誘導(dǎo)菌株 |
HB2151 |
琥珀終止密碼子非抑制性菌株,實(shí)現(xiàn)蛋白展示和單體表達(dá)的轉(zhuǎn)換 |
2.真核表達(dá)系統(tǒng)
2.1 酵母細(xì)胞:真核細(xì)胞具有高級折疊、翻譯后修飾等功能,這些特點(diǎn)能提高抗體(包括全長IgG)的分泌量。酵母是一種低等的單細(xì)胞真核生物,相對于其他真核細(xì)胞來說,其生長周期短,易培養(yǎng),基因操作簡單。釀酒酵母遺傳背景清楚,長期應(yīng)用在食品和醫(yī)藥工業(yè),安全可靠,不產(chǎn)生毒素,因此成為生產(chǎn)抗體的重要表達(dá)系統(tǒng)之一。納米抗體J區(qū)某些氨基酸能參與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中分子伴侶的募集,從而縮小釀酒酵母與哺乳動(dòng)物細(xì)胞分子伴侶機(jī)制的差異,有利于納米抗體折疊動(dòng)力學(xué),進(jìn)而影響納米抗體在釀酒酵母中的產(chǎn)量。
2.2絲狀真菌:木霉和曲霉屬的部分絲狀真菌具有高效的蛋白分泌能力,能將大量的蛋白質(zhì)和代謝物分泌到培養(yǎng)基中。為提高抗體的表達(dá)量,抗體基因片段可被插入到表達(dá)載體中與葡糖淀粉酶啟動(dòng)子及葡糖淀粉酶的N端進(jìn)行融合表達(dá),同時(shí)引入KexB等酶切位點(diǎn),以便獲得目的蛋白。
2.3昆蟲細(xì)胞:納米抗體在昆蟲表達(dá)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量表達(dá),而IgG、scFv及Fab在昆蟲表達(dá)系統(tǒng)中產(chǎn)量較低,強(qiáng)啟動(dòng)子控制下結(jié)構(gòu)復(fù)雜蛋白可能來不及形成正確折疊及翻譯后修飾,導(dǎo)致目的蛋白發(fā)生聚集,降低抗體產(chǎn)量。
2.4哺乳動(dòng)物細(xì)胞:生產(chǎn)重組抗體及抗體片段目前最主要的細(xì)胞是CHO、NS0、Sp2/0和HEK293。大多數(shù)文獻(xiàn)中采用CHO生產(chǎn)抗體/抗體片段,迄今為止,50%工業(yè)上生產(chǎn)的治療性蛋白仍然由CHO生產(chǎn)。
二.提高納米抗體產(chǎn)量的策略
2.1分子水平:利用基因合成設(shè)計(jì)技術(shù)對基因編碼序列進(jìn)行密碼子優(yōu)化,使其翻譯效率最大化,可有效增加蛋白質(zhì)的表達(dá)量;表達(dá)速率控制是與重組抗體產(chǎn)量相關(guān)的一個(gè)重要因素,基于lac啟動(dòng)子及其衍生啟動(dòng)子能夠?qū)崿F(xiàn)抗體及抗體片段的更高產(chǎn)量;大腸桿菌中可通過提高蛋白折疊效率增加重組蛋白可溶性,分子伴侶(GroEL/GroES等)或折疊酶(Dsb家族蛋白)過表達(dá)細(xì)胞(SHuffle),均可提高重組抗體的產(chǎn)量。
2.2表達(dá)水平:原核表達(dá)系統(tǒng)適合表達(dá)不需要糖基化的小分子抗體,如scFv,VHH等;真核表達(dá)系統(tǒng)能夠?qū)χ亟M蛋白進(jìn)行糖基化等翻譯后修飾,適合表達(dá)治療性抗體;在納米抗體培養(yǎng)過程中使用營養(yǎng)成分豐富的培養(yǎng)基及維持pH穩(wěn)定有助于細(xì)胞生長,使細(xì)胞維持高密度,有利于抗體產(chǎn)量的提高。
提高納米抗體的生產(chǎn)水平將能夠顯著降低成本?梢詮娜齻(gè)方面提高納米抗體的產(chǎn)量:基因水平方面,對目的基因序列的修飾及載體表達(dá)元件的優(yōu)化等;表達(dá)水平方面,對表達(dá)系統(tǒng)、宿主、載體的選擇及培養(yǎng)條件的優(yōu)化等。