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干细胞因子(stem cell factor,SCF)是一种对造血细胞有重要作用的细胞因子,主要作用于早期多能干细胞或原始造血祖细胞,促进这些细胞的存活、增殖和分化,具有重要的应用前景。当前,美国安进公司的rhSCF已在临床上应用,同时多个临床应用方向的研究也正在进行中。国内多家单位的研究已进行到临床阶段,但是以上rhSCF的生产都是建立在原核表达系统上的。为了发展在真核表达系统的rhSCF生物制剂,推进它的临床应用,本文设计了rhSCF的酵母表达系统、实现了高效表达、纯化得到高活性的rhSCF,并对其进行鉴定。
为了实现rhSCF在毕赤酵母中的高效表达,通过设计酵母菌喜好密码子的cDNA,并采用PCR技术对分别合成的寡核苷酸片段进行拼接,合成全长rhSCF的cDNA。在cDNA转入表达宿主菌前,将目标基因克隆入p-GEMT载体并进行DNA测序,构建重组pAO815SM1/rhSCF表达载体,通过原生质体法转化酵母细胞,并进行了G418耐受试验和诱导表达的大规模筛选。
为了实现建立高效的发酵、纯化生产工艺,本文进行了工程菌的培养条件优化和30L发酵罐进行大规模发酵培养试验,目的蛋白通过阳离子交换色谱柱进行捕获、初步纯化,分子排阻色谱柱精细纯化和原液制备。
为了验证和控制产品的质量,本文采用HPLC法、质谱法、毛细管电泳法、N端测序、紫外扫描和MTT法等技术对产品的纯度、分子量、等电点、胰酶肽图、N端序列、紫外光谱特性和细胞学生物活性进行了鉴定。应用HPLC、质谱等技术对rhSCF分子的包括氨基酸序列、二硫键、糖基化位点和糖链进行一级结构解析,判断产品的结构信息是否与预期的一致。
实验结果表明,本文合成的cDNA序列与目标基因完全一致,重组pAO815SM1/rhSCF表达载体含有目标基因;转化入毕赤酵母菌后,通过G418压力筛选和诱导表达筛选获得高拷贝的高表达菌株,表达量约50mg/L;通过优化培养条件,大规模发酵的rhSCF表达水平达100mg/L;HPLC-SEC法检测目标蛋白的纯度为99.7%,电泳法显示目标蛋白为糖基化和未糖基化的混合体,目标蛋白含量大于99%;质谱法得到蛋白分子量主带分布在18-22KD之间,电泳法显示蛋白的分子量分别约为18KD(未糖基化)和21KD(糖基化):产品的等电点为5.38和5.26,其中等电点为5.38样品约占81.7%;建立起了胰酶肽图的分析方法:N端测序与理论序列相一致;紫外扫描特性符合蛋白质的特性;rhSCF原液比活性为1×106IU/mg;结构解析显示蛋白的氨基酸序列和二硫键结构与理论结构一致,糖基化位点及糖链结构符合rhSCF的糖基化特点和酵母糖基化修饰的特点。
综上所述,我们利用基因工程技术实现了rhSCF在毕赤酵母中的高效表达,建立了大规模生产纯化工艺,并完成其理化性质的鉴定。本工作为推进rhSCF的临床应用奠定了基础。