Following the blueprint of plasma cells to design a yeast IgG factory

Tutkimustuotos

Tutkijat

  • Essi V. Koskela

Organisaatiot

Kuvaus

IgG vasta-aineita voidaan käyttää tehokkaina biologisina lääkkeinä useiden vakavien sairauksien, kuten syövän ja autoimmuunisairauksien, hoidossa. Plasmasolut ovat ihmisen immuuni-järjestelmän erikoistuneita soluja, jotka luontaisesti erittävät vasta-aineita tehokkaasti. Bioteknologiset nisäkässoluviljelmiin perustuvat keinot vasta-aineiden tuottamiseen ovat kuitenkin hankalia ja kalliita, joten on tärkeää löytää vaihtoehtoisia tuottoalustoja vasta-aineiden kasvavien markkinoiden täydentämiseksi. Yksi näistä mahdollisista tuottoalustoista on Saccharomyces cerevisiae eli leivinhiiva, sillä tätä organismia on onnistuneesti geneettisesti muokattu tuottamaan useita arvokkaita aineita. Plasmasolujen erikoistuminen tehtäväänsä vasta-ainetehtaina tarjoaa kattavan molekyylitason mallin, jota voidaan hyödyntää solujen geneettisessä suunnittelussa. Tässä väitöskirjatyössä tutkimme, voisiko IgG vasta-aineen tuottoa lisätä soveltamalla plasmasolujen piirteitä ja osia hiivan muokkauksessa. Aloitimme endoplasmakalvoston muuntelusta yrittäen jäljitellä plasmasolujen endoplasma-kalvoston morfologiaa. OPI1-geenin tai muotoa määrittävien geenien poisto hiivan genomista on todettu johtavan endoplasmakalvoston suurenemiseen ja muodon muutokseen. Näissä deleetio-kannoissa IgG:n eritys kasvoi vähintään 2,4-kertaiseksi sekä vasta-aineen tuottoon liittyvä stressireaktio pieneni. Valitsimme OPI1-deleetiokannan sekä villityyppi-tuottokannan proteiinin laskostumisen suunnitteluun. Synteettisen biologian periaatteita mukaillen loimme modulaarisen plasmidikirjaston nisäkkäistä peräisin olevista laskostumistekijöistä, joiden on todettu vaikuttavan vasta-aineiden muodostumiseen. Plasmidikirjaston luomisen yhteydessä kehitimme uuden tehokkaan kloonausmenetelmän, joka täydentää synteettisen biologian työkaluvalikoimaa. Plasmidikirjaston seulonnasta tunnistimme laskostumistekijöiden GRP170, BiP ja FKBP2 parantavan IgG:n laskostumista ja eritystä eniten. Huomasimme endoplasmakalvostoon liittyvän PPIaasi-aktiivisuuden olevan keskeinen rajoite vasta-aineiden tehokkaaseen eritykseen hiivassa. Kokeilimme myös transkriptomiikkadatan hyödyntämistä geenikohteiden löytämisessä. Plasma-solujen erikoistumista kuvaavaa dataa käyttäen valitsimme seitsemän uutta geneettistä muutosta, jotka muissa suunnittelustrategioissa jäisivät huomiotta. Kaksi näistä seitsemästä muutoksesta, GOT1- ja IRE1-geenien yliekspressio, lisäsivät IgG:n eritystä merkittävästi, johtaen 1,6- ja 3,5-kertaiseen tuottoon. Vasta-aineen laadun parantamiseen pitäisi kuitenkin keskittyä enemmän. Tämä väitöskirjatyö osoittaa plasmasolujen olevan hyödyllisiä vasta-aine-erityksen solumalleja myös evolutiivisesti kaukaiseen lajiin kuten leivinhiivaan sovellettaessa. IgG:n loppukonsentraatio nousi 40 ng/ml:sta 160 ng/ml:aan, vahvistaen, että tämä hiiva on lupaava alusta biolääketeollisuuden tulevaisuuden sovelluksiin.

Yksityiskohdat

AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
Valvoja/neuvonantaja
Kustantaja
  • Aalto University
Painoksen ISBN978-952-60-7577-8
Sähköinen ISBN978-952-60-7576-1
TilaJulkaistu - 2017
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

  • vasta-aine, plasmasolu, hiiva, endoplasmakalvosto, proteiinien laskostuminen, synteettinen biologia

ID: 17675270