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京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医科学) / 甲第22379号 / 医科博第109号 / 新制||医科||7(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医科学専攻 / (主査)教授 遊佐 宏介, 教授 武田 俊一, 教授 近藤 玄 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

Les cellules sont la plus petite forme de vie individuelle qui forme un organisme. La structure et la santé de tous les organismes est essentiellement définie par le nombre, le type et la taille de leurs cellules. Composé d'environ 30 trillions de cellules, l'homme possède des cellules aux fonctions et aux tailles remarquablement variées, allant d'un neurone pouvant atteindre un mètre à une cellule lymphoïde d'environ 16 µm de diamètre. Il est connu que la taille est fondamentalement l'équilibre entre la croissance cellulaire et la division cellulaire. Néanmoins, les questions sur les réseaux moléculaires qui contrôlent et déterminent le maintien de la taille optimale des cellules restent à déchiffrer. D'innombrables travaux ont caractérisé mTORC1 comme une voie régulatrice majeure de la croissance cellulaire jouant un rôle central, intégrant des stimuli intra et extracellulaires. Ce travail porte sur l'investigation et la caractérisation des acteurs moléculaires et des processus qui orchestrent la taille des cellules humaine déterminées par l'épistase chimique. J'ai entrepris une bibliothèque CRISPR / Cas9 à inactivation prolongée (EKO) dans NALM-6 (lignée cellulaire de lymphome pré-B), suivie d'un fractionnement de la taille des cellules par élutriation à contre-courant en présence de rapamycine (inhibiteur de mTOR), et comparé aux données non publiées données du laboratoire utilisant les mêmes méthodes sans rapamycine. Cette analyse de l'étude indique que dans le contexte amont de mTOR, la perte de gènes liés à la détection des nutriments entraîne une perte de taille en présence d'inhibition de mTOR. En outre, plusieurs knockouts géniques dans la biogenèse des ribosomes et l'homéostasie du calcium ont conduit à une perte ou un gain de taille, montrant un rôle pivot possible de ces processus dans le contrôle de la taille des cellules d'une manière dépendante de mTOR. Ce travail a fourni des informations sur les gènes et réseaux connus et inconnus qui peuvent réguler la taille des cellules d'une manière dépendante de mTOR. Ces résultats doivent être validés et approfondis. / All organisms are essentially structured and fitness defined by cell number, type and size. Composed of around 30 trillion cells, humans have cells with remarkably varied functions and size, ranging from a neuron that can reach one meter in length to a lymphoid cell that is around 16 μm in diameter. At a fundamental level, size is determined by the balance between cell growth and cell division. The molecular networks that control and maintain optimal cell size are yet to be deciphered. The mTORC1 pathway is a major regulator of cell growth that plays a central role in integrating intra- and extra-cellular stimuli. This study addresses the investigation and characterization of the molecular players and processes that orchestrate cell size in human cells, as determined by chemical-genetic size screens and epistasis analysis. I undertook a CRISPR/Cas9 extended-knockout (EKO) genome-wide library screen in the NALM-6 pre-B lymphoma cell line, followed by cell size fractionation by counter flow elutriation in the presence of the mTOR inhibitor rapamycin, and compared the screen data to a similar screen performed in the absence of rapamycin. The analysis indicates that upstream of mTOR, the loss of genes that are related to nutrient sensing, results in size changes in the presence of mTOR inhibition. Also, several gene knockouts in ribosome biogenesis and calcium homeostasis led to size alterations, suggesting a possible a pivotal role of these processes in cell size control in a mTOR-dependent fashion. This study provides insights into the genetic networks that regulate cell size in a mTOR-dependent fashion and establishes new hypotheses for future experimental tests.

There are currently over 430 known SLC transporters, over 30% of which have an unknown function. Compared to other transporter gene families, the SLC genes are relatively understudied with many orphan genes. SLC transporters have a high disease relevance and can be associated with many different diseases like gout, type 2 diabetes and different forms of cancer. SLC transporters also appear to be very druggable, thus offering a rare opportunity of an underexplored gene family, that can be linked to many diseases and seem to have a general druggability with small organic molecules. This thesis is evaluating three specific SLC transporters of the SLC38 family to discover their different roles and purposes. In this project CRISPR-Cas9 is used to knockout three SLC38 transporters, called SNAT6, SNAT8 and SNAT10. The cell-line used is HEK293 cells, as they are easy to transfect and are thought to express the three genes, however it is not certain that they do express the three SNAT genes. The project aims to optimize the method for best possible transfection by trying different protocols. A literature study is done on what the future experiments of the knocked-out cells could be, including; ensuring the HEK293 cells express the three genes, controlling the effectiveness of the transfection and analyzing the result of such a transfection. To confirm that the HEK293 cells do express the three SNATs a western blot assay could be performed. RT-qPCR is found to be useful in evaluating whether the knockouts are successful, by measuring if the three SNAT transporter proteins are present or not in the knocked-out cells. A metabolic analysis study to determine the result of the knockouts is also described as a future experiment. The experimental finding was a CRISPR-Cas9 transfection method that yielded enough RNA, enabling future experiments such as RT-qPCR.

La maladie d’Alzheimer (MA) représente la cause la plus importante de la démence, pourtant la cause de la MA reste toujours inconnue. Des données récentes suggèrent que la protéine BMI1 joue un rôle protecteur contre la MA et un rôle essentiel dans l’intégrité de l’hétérochromatine constitutive (hét-c) – les régions génomiques inactives au niveau de la transcription. Les niveaux de BMI1 et d’hét-c sont diminués dans les cerveaux de patients atteints de la MA, et des modèles de déficience de BMI1 in vivo et in vitro reproduisent des phénotypes canoniques de la MA. Nous avançons l’hypothèse que la perturbation de l’hét-c, effectuée par l’inactivation de gènes impliqués dans son intégrité, induira trois phénotypes canoniques de la MA : l’amyloïdopathie, la tauopathie et l’apoptose. Les knock-out (KO) de ces gènes se réalisent individuellement via le système CRISPR-Cas9 dans des neurones humains in vitro. Huit des 38 conditions de KO manifestent une perturbation d’hét-c, analysée par Western Blot; six manifestent une amyloïdopathie, deux manifestent une tauopathie et quatre manifestent des niveaux élevés d’apoptose, analysés par microscopie confocale et immunofluorescence. Les conditions de KO de gènes impliqués dans les domaines associés à la lamine manifestent plusieurs ou tous ces phénotypes de la MA. Ces résultats peuvent suggérer une nouvelle théorie qui expliquerait la cause de la MA : la dérépression de ces domaines induit l’activation des long interspersed elements (LINEs) dont leur dérépression cause des dommages à l’ADN et une réponse immunitaire innée aboutissant à un état sénescent et pro-inflammatoire qui entraîne la neurodégénérescence. / Alzheimer’s Disease (AD) represents the number one cause of dementia, however the cause of AD remains unknown. Recent data suggest that the protein BMI1 plays a protective role against AD and an essential role in the integrity of constitutive heterochromatin (c-het) – transcriptionally inactive, genomic regions. The levels of BMI1 and c-het are diminished in brains of AD patients, and models of BMI1 deficiency in vivo and in vitro reproduce canonical phenotypes of AD. We hypothesize that the disruption of c-het, brought about by inactivating genes implicated in its integrity, will induce three canonical phenotypes of AD: amyloidopathy, tauopathy and apoptosis. These gene knock-outs (KO) are carried out individually via the CRISPR-Cas9 system in human neurons in vitro. Eight of the 38 KO conditions present a disruption of c-het, analysed by Western Blot; six present amyloidopathy, two present tauopathy and four present elevated levels of apoptosis, analysed by confocal microscopy and immunofluorescence. The KO conditions of genes implicated in lamina-associated domains present some or all these AD phenotypes. These results may suggest a novel theory that would explain the cause of Alzheimer’s Disease: the derepression of these domains induces the activity of long interspersed elements (LINEs) which causes DNA damage and an innate immune response, culminating in a pro-inflammatory state of cellular senescence which leads to neurodegeneration.

Le cancer du pancréas est la quatrième cause de décès par cancer au Canada. Avec des mutations activatrices de KRas présentes dans près de 90% des lésions bénignes et tumeurs, ce cancer arbore une activation de la voie MAPK très tôt dans son développement. Or, peu de littérature existe sur les étapes clés de la progression et sur le rôle précis de cette signalisation dans le passage des lésions bénignes (PanIN) au stade avancé (PDAC). Depuis plusieurs années, notre laboratoire s’intéresse aux kinases ERK1/2, actives en aval de Ras, des acteurs centraux du programme de sénescence cellulaire, soit un programme antitumoral intrinsèque aux cellules. L’hypothèse centrale des présents travaux est donc que les mutations de KRas acquises dès le stade PanIN induisent une sénescence qui agit comme barrière à la progression tumorale, et que l’atténuation du signal de ERK est impliquée dans le contournement de ce mécanisme. La première partie de cette thèse montrera donc les avancées que nous avons faites sur la caractérisation de la progression entre le stade bénin et le stade avancé, de laquelle l’acquisition d’un caractère souche, la transition épithélio-mésenchymateuse et le développement d’une dépendance mitochondriale semblent être des déterminants. Ensuite, nous présenterons nos découvertes sur le rôle des kinases ERK1/2, de la sénescence cellulaire et du stress nucléolaire dans une nouvelle approche visant à restaurer un mécanisme de suppression tumorale inspiré des lésions bénignes et impliquant une altération de la biogenèse ribosomique. Finalement, pour bonifier cette nouvelle stratégie, nous présenterons les résultats d’un criblage CRISPR-Cas9 génome-entier nous ayant permis d’identifier les composantes d’une stratégie « one-two punch » basée sur l’induction de sénescence dans les cellules PDAC combinée à l’inhibition de la Glutathion peroxydase 4 (GPX4), de façon à promouvoir une sénolyse efficace dans ce contexte. Dans leur ensemble, les travaux présentés dans cette thèse montrent un avancement significatif dans la compréhension de la biologie des cancers pancréatiques en identifiant à la fois des vulnérabilités intrinsèques et inductibles afin de générer de nouvelles idées thérapeutiques pour ce cancer hautement fatal. / Pancreatic cancer is the fourth leading cause of death by cancer in Canada. With frequent activating mutations in KRas in up to 90% of benign lesions and tumors, this cancer possesses an early activation of the MAPK pathway. However, key events of its progression from the PanIN stage to the PDAC stage and the precise role of MAPK signaling in it are still poorly understood. For many years, our laboratory has taken interest in the ERK1/2 signaling pathway, activated downstream of oncogenic Ras and a key mediator of cellular senescence. Cellular senescence is considered an intrinsic antitumor mechanism due to its ability to stably halt the cell cycle. The central hypothesis of this work is then that KRas mutations that are acquired at the PanIN stage induce cellular senescence which acts as a barrier against tumor development. Still, this powerful mechanism can be circumvented as cells tend to attenuate the ERK1/2 signaling to promote progression and acquisition of more aggressive features. Thus, the first part of this thesis will present our most recent advances in characterizing the progression events between PanIN and PDAC stages, during which stem cell features acquisition, epithelial-mesenchymal transition and mitochondrial dependency seem to occur. Next, we will present our discoveries regarding the implication of ERK1/2 kinases, cellular senescence and nucleolar stress in a new approach to restore a tumor suppression mechanism inspired by the PanIN stage and based on ribosome biogenesis alteration. Finally, to potentiate this strategy, we will show the results of a genome-wide CRISPR-Cas9 screen that identified the components of a “one-two punch” approach to induce cellular senescence in PDAC cells and to efficiently eliminate them by GPX4 inhibitors-mediated senolysis. Globally, the work presented in this thesis show significant progress in the field of pancreatic cancer, identifying previously unknown vulnerabilities of those cancer cells and paving the way for the development of new therapeutic combinations.

Factor VIII is a clotting factor found on the intrinsic side of the coagulation cascade. A mutation in the factor VIII gene causes the disease Hemophilia A, for which there is no cure. The most common treatment is administration of recombinant factor VIII. However, this can cause an immune response that renders the treatment ineffective in certain hemophilia patients. For this reason a new treatment, or cure, needs to be developed. Gene editing is one solution to correcting the factor VIII mutation. CRISPR/Cas9 mediated gene editing introduces a double stranded break in the genomic DNA. Where this break occurs repair mechanisms cause insertions and deletions, or if a template oligonucleotide can be provided point mutations could be introduced or corrected. However, to accomplish this goal for editing factor VIII mutations, a way to deliver the components of CRISPR/Cas9 into somatic cells is needed. In this study, I confirmed that the CRISPR/Cas9 system was able to create a mutation in the factor VIII gene in zebrafish. I also showed that the components of CRISPR/Cas9 could be piggybacked by vivo morpholino into a variety of blood cells. This study also confirmed that the vivo morpholino did not interfere with the gRNA binding to the DNA, or Cas9 protein inducing the double stranded break.

Human Immunodeficiency Virus (HIV) infection initiates major metabolic and cell- survival complications. Anti-retroviral therapy (ART) is the current approach to suppress active HIV replication to a level of undetected viral load, but it is not a curative approach. Newer and sophisticated gene editing technologies could indeed be a potent antiviral therapy to achieve a clinical sterilization/cure of HIV infection. Chronic HIV patients, even under a successful ART regimen, exhibit a low-grade inflammation, immune senescence, premature aging, telomeric DNA attrition, T cell apoptosis, and cellular homeostasis. In this dissertation, we investigated CD4 T cell homeostasis, degree of T cell apoptosis, an associated telomeric DNA damage, DNA damage repair signaling, and the apoptotic pathways in CD4 T cells during HIV infection with or without ART treatment. Our data support a DNA damage accumulation, and impaired DNA damage repair in chromosome ends via recruitment of 53BP1 protein to the damaged foci. We found that a key player of DNA damage and repair enzyme, ATM, and its associated checkpoint proteins (CHK1, CKH2) are affected by HIV infection. HIV infection also altered another multifunctional master regulator protein AKT that is crucial in maintaining cellular homeostasis. Curing HIV is the ultimate redemption against HIV-associated complications. To explore the possibility of a functional cure, we investigated the use of a transient and a non-viral CRISPR/Cas9-based gene editing technology targeting the latently incorporated HIV provirus. After performing a nucleofection/electroporation using an in vitro formulated ribonucleoprotein (RNP) constituting a synthetic guide RNA (gRNA) and Cas9 nuclease protein, we demonstrated a significant (maximum 97%) reduction of HIV-mRNA and p24-capsid protein expression, upon stimulation (using PMA) and latency reactivation of latently HIV-infected CD4 T cells and latent-monocytes. Notably, the RNP treatment did not induce any cytotoxic effects, without affecting the abilility of cell proliferation. A sequence specific cleavage of HIV-provirus in two crucial gene locations (targeting vpr/tat genes) showed the most significant suppression of HIV reactivation or latency reversal. We have used DNA sequencing, and T7EI assay to confirm the target-site-specific cleavage of the HIV-proviral genome. Our data confirm the activation of non- homologous end joining (NHEJ) pathway to repair the double-stranded DNA break created by the CRISPR/Cas9 treatment. Taken together, this study provides a new gene therapeutic approach using synthetic gRNA/Cas9 targeting HIV genome, which warrant further in vivo animal and human studies.

L'alpha-1 antitrypsine (A1AT) est un inhibiteur de sérine protéase sécrété principalement par le foie et libéré dans la circulation où sa concentration physiologique est de 1,5 à 3,5 g/L. La principale fonction de l'A1AT est d'inhiber l'activité de l'élastase des neutrophiles (NE) afin de maintenir l'équilibre protéase/anti-protéase dans les poumons. Son déficit (A1ATD) touche plus de 3,4 millions d'individus dans le monde chez qui l'élastase des neutrophiles décompose l'élastine, provoquant ainsi une diminution de l'élasticité du poumon ainsi qu'une dégradation de son tissu conjonctif. En conséquence, l'A1ATD entraîne des troubles respiratoires tels que l'emphysème ou la maladie pulmonaire obstructive chronique et ceux qui en sont atteints nécessitent des injections fréquentes d'A1AT purifiée à partir du sang d'un donneur. Cependant, l'A1AT plasmatique est hétérogène dans son état de glycosylation et sa qualité varie d'un lot à l'autre. De plus, il y a un risque, même très faible, de transmission d'agents pathogènes avec l'administration d'A1AT purifiée par plasma. Par conséquent, il existe un besoin pour une version recombinante. La glycoprotéine mature possède trois sites de N-glycosylation comprenant principalement des structures de type complexe bi-antennaires afucosylées et α-2,6-di-sialylées, A2G2S2 (6,6). Bien que la glycosylation ne soit pas essentielle à l'activité inhibitrice de l'A1AT, il a été démontré qu'elle a un impact significatif sur sa demi-vie in vivo. Notamment, l'acide sialique, un monosaccharide terminal chargé négativement présent sur les N-glycanes, aide à prolonger la demi-vie de l'A1AT dans le sérum en empêchant l'interaction entre l'avant-dernier galactose (Gal) du N-glycane et les récepteurs hépatiques des asialoglycoprotéines (ASGPRs), composés de deux sous-unités appelées lectines hépatiques (HL) 1 et 2, qui se lient aux glycoprotéines asialylées contenant un Gal terminal et conduisent à leur dégradation. Par conséquent, il est important de produire A1AT dans un système d'expression qui peut effectuer les modifications post-traductionnelles (PTM) appropriées à des fins thérapeutiques. Jusqu'à présent, la production d'A1AT recombinante (rA1AT) a été tentée dans différents systèmes d'expression cellulaire avec un succès limité. Malgré la disponibilité de diverses lignées cellulaires, les cellules ovariennes de hamster chinois (CHO) ont été largement utilisées pour la production de glycoprotéines thérapeutiques car ces cellules sont compatibles avec des stratégies de glyco-ingénierie pour produire des glycoprotéines recombinantes composées de glycanes de type humain. Cependant, ces cellules synthétisent des N-glycanes de type complexe comprenant de la fucosylation centrale et de l'acide sialique lié en α-2,3. Par conséquent, dans ce projet, l'objectif était de développer une version recombinante d'A1AT avec un profil de glycosylation humaine exprimée en cellules CHO modifiées et qui se prête à des utilisations thérapeutiques. À cette fin, dans notre étude, nous avons d'abord empêché l'α-2,3 sialylation ainsi que la fucosylation centrale en éliminant les gènes responsables via la technologie CRISPR/Cas9, suivie de la surexpression de l'α-2,6‐sialyltransférase humaine à l'aide d'un système d'expression inductible au cumate. Nous avons ensuite montré la supériorité du promoteur inductible CR5 pour l’expression de A1AT par rapport à cinq promoteurs constitutifs forts couramment utilisés dans l'industrie. En utilisant le promoteur CR5, nous avons généré des populations de CHO stables modifiées par glyco-ingénierie produisant plus de 2,1 g/L pour la forme native et 2,8 g/L pour la version mutée d'A1AT avec des N-glycanes analogues au produit clinique dérivé du plasma, la Prolastin-C. L'effet bénéfique de la supplémentation en N‐acétylmannosamine du milieu de culture cellulaire sur la glycosylation de l'A1AT a également été démontré. Enfin, nous avons montré que l'activité anti‐élastase des rA1ATs est comparable à celle de la Prolastin-C, et que la substitution des résidus méthionines critiques par des valines rendait A1AT significativement plus résistante à l'oxydation. Nous avons ensuite étudié l'impact de la glycosylation d'A1AT sur son interaction avec les orthologues d'ASGPR. Pour cela, nous avons initialement utilisé un test d'internalisation cellulaire basé sur la lignée cellulaire hépatique humaine HepG2 connue pour exprimer les ASGPRs à sa surface et avons examiné leur interaction avec les rA1ATs possédant divers profils de glycosylation. Comme le test d'internalisation basé sur les cellules HepG2 a démontré un faible rapport signal sur bruit (SNR) ainsi qu'un niveau élevé de signal de fond d'internalisation, nous avons cherché à développer un nouveau test basé sur des cellules CHO surexprimant des orthologues ASGPR recombinants. Alors que la sous-unité HL-1 humaine seule était suffisante pour lier et internaliser l'A1AT asialylée, les sous-unités HL-1 et HL-2 étaient nécessaires pour former des récepteurs fonctionnels et ayant une forte affinité pour les ASGPR de rat et de souris. Afin d'améliorer le SNR de notre test cellulaire d'internalisation, le tri cellulaire activé par fluorescence (FACS) a été utilisé pour enrichir les populations de cellules CHO pour celles exprimant des niveaux élevés d'orthologues ASGPR. Enfin, en utilisant des structures de glycanes remodelés par voie enzymatique de Prolastin-C, nous n'avons observé aucune internalisation lorsque les glycanes sont terminés avec α-2,6-Neu5Ac ni α-2,8-Neu5Ac-α-2,6-Neu5Ac par l’ASGPR de l'humain, du rat et de la souris. D'autre part, l'absorption de Prolastin-C portant des glycanes bi-antennaires avec une branche terminée par de l'acide sialique α-2,3 et l'autre par du galactose terminal, par l'ASGPR de souris a été statistiquement plus élevée que celle de l'humain et du rat. En somme, l'A1AT recombinante résistante à l'oxydation décrite dans ce projet pourrait représenter un meilleur médicament biothérapeutique tout en offrant une alternative sûre et plus stable pour la thérapie d'augmentation. Nous avons également contribué à une meilleure compréhension de l'impact de la sialylation de l'A1AT sur son internalisation cellulaire par les orthologues ASGPR. / Alpha-1 antitrypsin (A1AT) is a serine protease inhibitor secreted primarily by the liver, and released in the circulation where its physiological concentration is 1.5-3.5 g/L. The main physiological function of A1AT is to inhibit the activity of neutrophil elastase (NE) to maintain the protease/anti-protease balance in the lung. The A1AT deficiency (A1ATD) is affecting more than 3.4 million individuals worldwide where neutrophil elastase breaks down elastin, thereby causing a decrease in the elasticity of the lung as well as a degradation of its connective tissue. As a result, A1ATD leads to respiratory disorders such as emphysema or chronic obstructive pulmonary disease. Treatment of this health condition requires frequent injections of A1AT purified from donor blood. However, plasma A1AT is heterogeneous in its glycosylation state and its quality varies from batch to batch. Moreover, there is a risk, however very low, of pathogen transmittance with plasma-purified A1AT administration. Therefore, there is a need for recombinant version. The mature glycoprotein has three N-glycosylation sites possessing mostly afucosylated, α-2,6-di-sialylated bi-antennary complex-type structures, A2G2S2 (6,6). Though glycosylation is not essential for A1AT's inhibitory activity, it has been shown to have a significant impact on its in vivo half-life. Notably, sialic acid, a terminal negatively charged monosaccharide present on N-glycans, helps to prolong the half-life of A1AT in serum by preventing the interaction between the penultimate galactose (Gal) of the N-glycan and the hepatic asialoglycoprotein receptors (ASGPRs), composed of two subunits termed hepatic lectin (HL) 1 and 2, which bind to asialylated glycoproteins containing terminal Gal and lead to their degradation. To this extend, it is important to produce A1AT in an expression system that can carry out the appropriate post-translational modifications (PTMs) for therapeutic purposes. Thus far, the production of recombinant A1AT (rA1AT) has been attempted in different cell expression systems with limited success. Despite the availability of various cell lines, Chinese hamster ovary (CHO) cells have been widely used to produce therapeutic glycoproteins as these cells can tolerate glycoengineering strategies to produce recombinant glycoproteins with human-like glycans. However, these cells synthesize complex-type N-glycans with core-fucosylation along with α-2,3-linked sialic acid. Therefore, in this research project, the aim was to develop a recombinant version of A1AT with human glycosylation pattern expressed in genetically engineered CHO cells that would be amenable to therapeutic uses. To this end, in our study, we first prevented α-2,3 sialylation as well as core-fucosylation by eliminating the corresponding genes via CRISPR/Cas9 technology, followed by overexpressed human α-2,6‐sialyltransferase using a cumate‐inducible CHO expression system. We then showed superiority of the CR5 inducible promoter compared to five strong constitutive promoters commonly used in the industry. Using the CR5 promoter, we generated glycoengineered stable CHO pools producing over 2.1 g/L of the wild-type and 2.8 g/L of the mutein forms of A1AT, with N‐glycans analogous to the plasma‐derived clinical product, Prolastin-C. The effect of N‐acetylmannosamine supplementation to the cell culture media on the A1AT glycosylation was also demonstrated. Finally, we showed that the anti‐elastase activity of rA1ATs is comparable to that of Prolastin-C, and that substitution of critical methionine residues with valines rendered A1AT significantly more resistant to oxidation. We then studied the impact of A1AT glycosylation on its interaction with ASGPR orthologs. For this, we initially used a cell-based internalization assay based on the human HepG2 hepatic cell line known to express ASGPRs at its surface and examined their interaction with rA1ATs possessing various glycosylation profiles. As HepG2 cell-based internalization assay demonstrated poor signal-to-noise ratio (SNR) as well as high level of background internalization signal, we then aimed at developing a new assay based on CHO cells overexpressing recombinant ASGPRs orthologs. While human HL-1 subunit alone was sufficient to bind and internalize asialylated A1AT, both HL-1 and HL-2 subunits were required to form functional and high affinity receptors for the rat and mouse ASGPRs. To enhance SNR of our cell-based uptake assay, fluorescence-activated cell sorting (FACS) was used to enrich the CHO pools for cells expressing high levels of ASGPR orthologs. Finally, using enzymatically remodelled glycan structures of Prolastin-C, we observed no uptake when glycans are terminated with α-2,6-Neu5Ac nor α-2,8-Neu5Ac-α-2,6-Neu5Ac by human, rat, and mouse ASGPR orthologs. On the other hand, the uptake of Prolastin-C bearing bi-antennary glycans with one branch terminated with α-2,3 sialic acid and the other with terminal galactose, by mouse ASGPR was observed to be statistically higher than that by human and rat ASGPR orthologs. Collectively, the oxidation-resistant recombinant A1AT described in this project could represent a viable biobetter drug while offering a safe and more stable alternative for augmentation therapy. We also contributed a better understanding of the impact of A1AT sialylation on its cellular uptake by ASGPR orthologs.