Ученые ФИЦ Биотехнологии РАН выяснили, как созданные ими «клетки-долгожители» справляются с перегрузкой при производстве белков. В отличие от обычных клеток, которые при сильном стрессе снижают активность и могут погибнуть, «долгожители» масштабно перестраивают обмен веществ, системы защиты от стресса и внутриклеточного транспорта. Как рассказала пресс-служба РНФ порталу Наука Mail, понимание этих механизмов поможет создавать более устойчивые и продуктивные клеточные фабрики для производства биофармацевтических препаратов. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале International Journal of Molecular Sciences.
При активной выработке белков, например антител, эндоплазматическая сеть клетки перегружается: белки должны правильно свернуться и пройти контроль качества. Если процесс нарушается, возникает стресс эндоплазматического ретикулума, который может привести к остановке синтеза и гибели клетки.
Ученые ФИЦ Биотехнологии РАН сравнили два типа клеток CHO: обычный продуцент HB8 и устойчивый DUL73, у которого отключен апоптоз и усилены механизмы выживания. Клетки подвергли стрессу с помощью DTT — вещества, мешающего образованию дисульфидных связей, — и изучили, как меняется активность генов.
В клетках HB8 стресс изменил экспрессию 404 генов, а в устойчивых клетках DUL73 — 1019, то есть в 2,5 раза больше. При этом 222 гена вошли в общее ядро стрессового ответа — они менялись одинаково у обоих типов клеток. В DUL73 особенно активно работали системы, отвечающие за транспорт аминокислот, обмен глутатиона, окислительно-восстановительный баланс и перемещение мембранных пузырьков. Важно, что различия были и до стресса: у DUL73 изначально выше активность систем защиты от стресса, контроля качества белков и аутофагии — это, вероятно, и делает его устойчивее.
Клетки яичника китайского хомячка с генетически отключенным внутренним путем апоптоза не просто дольше не погибают, у них по-другому организованы системы поддержания протеостаза (белкового гомеостаза) — правильного сворачивания, созревания и удаления поврежденных белков, а при стрессе они гораздо масштабнее перестраивают метаболизм, оксилительно-восстановительное баланс и внутриклеточный транспорт. Для нас особенно важно, что транскриптомный анализ позволяет увидеть конкретные узкие места и выбрать новые гены-мишени для геномного редактирования. Следующий шаг -создание новых вариантов клеток CHO, еще лучше приспособленных к интенсивному синтезу и секреции терапевтических белков.
Полученные данные помогают определить, какие системы в CHO-клетках стоит улучшать. Основные мишени — доставка белков в эндоплазматический ретикулум, образование дисульфидных связей, контроль качества и удаление бракованных белков, а также везикулярный транспорт внутри клетки.
Постепенная модификация этих систем откроет путь к созданию нового поколения клеточных фабрик — более устойчивых и эффективных для производства лекарств.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что клетки человека используют механизм общения бактерий, выяснили ученые.