Zugl.: Bielefeld, Univ., Diss., 2008

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Made available in DSpace on 2014-10-09T12:28:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:57:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:28:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:57:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O Grupo de Hormônios do Centro de Biotecnologia do IPEN desenvolveu várias linhagens de células de ovário de hamster chinês (CHO) modificadas geneticamente e comprovadamente eficientes na expressão de proteínas heterólogas, dentre elas a prolactina humana (hPRL) e os análogos antagonistas de prolactina (S179D-hPRL e G129R-hPRL). No entanto, todas as linhagens para expressão são cultivadas em monocamadas e dependentes da presença de soro fetal bovino (SFB) no meio de cultivo para um crescimento eficiente. As células em suspensão apresentam um grande interesse industrial-farmacêutico, tanto pela facilidade de cultivo e ampliação de escala, como pela produtividade volumétrica. Desenvolvemos um protocolo para adaptação de células CHO para o crescimento em suspensão e também processos de produção em frascos spinners. Nesse trabalho foi realizada a adaptação das linhagens produtoras de hPRL; S179D-hPRL e G129R-hPRL para o crescimento em suspensão e em meio livre de SFB. Realizamos também a produção em escala laboratorial com as três linhagens adaptadas, assim como a correspondente purificação e caracterização de quatro proteínas heterólogas, incluindo a prolactina humana glicosilada (G-hPRL). / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

A prolactina é um neurohormônio que faz parte da superfamília das citocinas e está envolvida em inúmeros processos biológicos. Devido à sua ação endócrina, autócrina e parácrina, a prolactina está muitas vezes relacionada ao desenvolvimento de patogenias humanas como carcinomas e doenças autoimunes. Considerando-se que: a) diferença de 41% encontrada na sequência de aminoácidos da prolactina de camundongo em relação à humana, b) diferenças na glicosilação, fosforilação, e ligação ao receptor e, c) o fato que os modelos animais utilizados em ensaios in vivo com prolactina humana são geralmente ratos ou camundongos (modelos heterólogos), fica evidente que esses fatores podem interferir na interpretação dos resultados. Portanto, experimentos em sistemas homólogos seriam desejáveis. Esse trabalho descreve a obtenção pela primeira vez da mPRL no espaço periplásmico bacteriano, portanto na sua forma autêntica, ou seja, sem a metionina inicial, com expressão de 0,1 ± 13,2% g/mL/A600. Para isso um vetor de expressão baseado no promotor lPL foi construído e utilizado como promotor constitutivo, com ativação a 37° C. Um processo de fermentação em biorreator, com rendimentos de expressão de até 2,5 g/mL, e um processo de purificação com três etapas: concentração e purificação por hidrofobicidade (Phenyl Sepharose CL-4B) seguida por HPLC de fase reversa e HPSEC, foram também desenvolvidos. A mPRL purificada foi caracterizada por técnicas físico-químicas e biológicas em comparação com o padrão de referência da mPRL recombinante do Instituto Nacional de Saúde (NIH, EUA). A atividade biológica foi analisada e sua potência calculada foi de 33,9 ± 1,4 UI/mg. O mesmo vetor foi utilizado para a expressão do antagonista S177DmPRL, mas o baixo nível de expressão obtido inviabilizou a sua produção no espaço periplásmico de bactérias. Como alternativa, optamos por produzir essa proteína em células CHO e clones com expressão da ordem de 1 g/mL/dia foram obtidos. Com a expressão tanto da mPRL autêntica, como do S177D-mPRL, está aberto o caminho para o desenvolvimento dos estudos que envolvam modelos animais onde a mPRL e seu antagonista sejam fatores relevantes a serem considerados. / Prolactin is a neurohormone included in cytokine superfamily and involved in innumerous biological processes. Due to its endocrine, autocrine and paracrine action, it is, frequently, related to development of human pathologies, such as carcinomas and autoimmune diseases. Considering some factors: a) the difference of 41% between the amino acid sequence of mouse prolactin in relation to the human one, b) glycosylation, phosphorylation and receptor ligation differences, and c) the fact that the animal model used for in vivo assays with human prolactin are generally rats or mice (heterologous), it is evident that these factors might interfere in the interpretation of results. Therefore, experiments with homologous systems are desirable. This work describes, for the first time, the expression of mouse prolactin in the periplasmic space of bacteria, in its authentic form, i. e., without initial metionine, showing expression levels of 0.1 ± 13.2% g/mL/A600. For this purpose, an expression vector based on PL promoter was constructed and used as a constitutive form, with activation at 37° C. A fermentation process in bioreactor, with expression yields up to 2.5 g/mL, and purification process with three steps: concentration and purification by hydrophobicity (Phenyl Sepharose CL-4B) followed by reverse phase HPLC and HPSEC, were also developed. The mPRL was purified and characterized by chemo physical and biological techniques compared to the recombinant standard reference from the National Institute of Health (NIH, USA). Its biological activity was analyzed and the calculated potency was 33.9 ± 1.4 UI/mg. The same vector was used for the expression of S177D-mPRL antagonist, but the low expression level obtained makes it impracticable to produce this protein in the periplasmic space of bacteria. As an alternative, the S177D-mPRL was produced in CHO cells and clones with expression level of about 1 g/mL/day were obtained. The expression of both proteins, the authentic mPRL and the S177D-mPRL, opens the door for developing studies with animal models if mPRL and its antagonist might be considered relevant factors.

O Grupo de Hormônios do Centro de Biotecnologia do IPEN desenvolveu várias linhagens de células de ovário de hamster chinês (CHO) modificadas geneticamente e comprovadamente eficientes na expressão de proteínas heterólogas, dentre elas a prolactina humana (hPRL) e os análogos antagonistas de prolactina (S179D-hPRL e G129R-hPRL). No entanto, todas as linhagens para expressão são cultivadas em monocamadas e dependentes da presença de soro fetal bovino (SFB) no meio de cultivo para um crescimento eficiente. As células em suspensão apresentam um grande interesse industrial-farmacêutico, tanto pela facilidade de cultivo e ampliação de escala, como pela produtividade volumétrica. Desenvolvemos um protocolo para adaptação de células CHO para o crescimento em suspensão e também processos de produção em frascos spinners. Nesse trabalho foi realizada a adaptação das linhagens produtoras de hPRL; S179D-hPRL e G129R-hPRL para o crescimento em suspensão e em meio livre de SFB. Realizamos também a produção em escala laboratorial com as três linhagens adaptadas, assim como a correspondente purificação e caracterização de quatro proteínas heterólogas, incluindo a prolactina humana glicosilada (G-hPRL). / The Hormone Group of the Biotechnology Center of IPEN has developed different cells lines of genetically modified chinese hamster ovary cells (CHO) for the expression of heterologus protein like human prolactin (hPRL) and its analogs/antagonists (S179D-hPRL and G129R-hPRL). All cell lines for expression are however cultured in monolayer culture dish and depend on fetal bovine serum (FBS) in the medium for an efficient growth. Cells in suspension show a great industrial-pharmaceutical interest, especially for the cultivation facility and scale enlargement as well as for volumetric productivity. We developed a protocol for adapting CHO cells to suspension growth, in spinner flasks. The adaption of our cell lines producing hPRL; S179D-hPRL and G129R-hPRL to suspension growth and in serum-free medium was obtained. We also carried out laboratory scale production with the three suspension-adapted culture line cells and the corresponding purification and characterization of four heterologous proteins, including glycosylated human prolactin (G-hPRL).

A prolactina é um neurohormônio que faz parte da superfamília das citocinas e está envolvida em inúmeros processos biológicos. Devido à sua ação endócrina, autócrina e parácrina, a prolactina está muitas vezes relacionada ao desenvolvimento de patogenias humanas como carcinomas e doenças autoimunes. Considerando-se que: a) diferença de 41% encontrada na sequência de aminoácidos da prolactina de camundongo em relação à humana, b) diferenças na glicosilação, fosforilação, e ligação ao receptor e, c) o fato que os modelos animais utilizados em ensaios in vivo com prolactina humana são geralmente ratos ou camundongos (modelos heterólogos), fica evidente que esses fatores podem interferir na interpretação dos resultados. Portanto, experimentos em sistemas homólogos seriam desejáveis. Esse trabalho descreve a obtenção pela primeira vez da mPRL no espaço periplásmico bacteriano, portanto na sua forma autêntica, ou seja, sem a metionina inicial, com expressão de 0,1 ± 13,2% g/mL/A600. Para isso um vetor de expressão baseado no promotor lPL foi construído e utilizado como promotor constitutivo, com ativação a 37° C. Um processo de fermentação em biorreator, com rendimentos de expressão de até 2,5 g/mL, e um processo de purificação com três etapas: concentração e purificação por hidrofobicidade (Phenyl Sepharose CL-4B) seguida por HPLC de fase reversa e HPSEC, foram também desenvolvidos. A mPRL purificada foi caracterizada por técnicas físico-químicas e biológicas em comparação com o padrão de referência da mPRL recombinante do Instituto Nacional de Saúde (NIH, EUA). A atividade biológica foi analisada e sua potência calculada foi de 33,9 ± 1,4 UI/mg. O mesmo vetor foi utilizado para a expressão do antagonista S177DmPRL, mas o baixo nível de expressão obtido inviabilizou a sua produção no espaço periplásmico de bactérias. Como alternativa, optamos por produzir essa proteína em células CHO e clones com expressão da ordem de 1 g/mL/dia foram obtidos. Com a expressão tanto da mPRL autêntica, como do S177D-mPRL, está aberto o caminho para o desenvolvimento dos estudos que envolvam modelos animais onde a mPRL e seu antagonista sejam fatores relevantes a serem considerados. / Prolactin is a neurohormone included in cytokine superfamily and involved in innumerous biological processes. Due to its endocrine, autocrine and paracrine action, it is, frequently, related to development of human pathologies, such as carcinomas and autoimmune diseases. Considering some factors: a) the difference of 41% between the amino acid sequence of mouse prolactin in relation to the human one, b) glycosylation, phosphorylation and receptor ligation differences, and c) the fact that the animal model used for in vivo assays with human prolactin are generally rats or mice (heterologous), it is evident that these factors might interfere in the interpretation of results. Therefore, experiments with homologous systems are desirable. This work describes, for the first time, the expression of mouse prolactin in the periplasmic space of bacteria, in its authentic form, i. e., without initial metionine, showing expression levels of 0.1 ± 13.2% g/mL/A600. For this purpose, an expression vector based on PL promoter was constructed and used as a constitutive form, with activation at 37° C. A fermentation process in bioreactor, with expression yields up to 2.5 g/mL, and purification process with three steps: concentration and purification by hydrophobicity (Phenyl Sepharose CL-4B) followed by reverse phase HPLC and HPSEC, were also developed. The mPRL was purified and characterized by chemo physical and biological techniques compared to the recombinant standard reference from the National Institute of Health (NIH, USA). Its biological activity was analyzed and the calculated potency was 33.9 ± 1.4 UI/mg. The same vector was used for the expression of S177D-mPRL antagonist, but the low expression level obtained makes it impracticable to produce this protein in the periplasmic space of bacteria. As an alternative, the S177D-mPRL was produced in CHO cells and clones with expression level of about 1 g/mL/day were obtained. The expression of both proteins, the authentic mPRL and the S177D-mPRL, opens the door for developing studies with animal models if mPRL and its antagonist might be considered relevant factors.

A Prolactina humana hPRL é um hormônio protéico com 199 aminoácidos (MM ~ 23.000 Da) com um amplo espectro de atividades biológicas, sendo mais conhecido por estimular a lactação e regular o crescimento e diferenciação da glândula mamária. Além de quebra proteolítica, a maioria dos variantes de prolactina podem ser resultantes de outros processos pós-traducionais como polimerização, fosforilação, desamidação, sulfatação e glicosilação. Essa proteína contém apenas um sítio potencial de glicosilação por ligação à asparagina, localizada no aminoácido 31, que é parcialmente ocupado (10%) quando a proteína é sintetizada em células eucariotas. Apesar da atividade biológica in vitro da prolactina glicosilada (G-hPRL) ser muito menor (~4 vezes) quando comparada à não glicosilada, sua função fisiológica ainda não é bem definida e a porção de carboidrato parece ter um importante papel na biossíntese, secreção, atividade biológica, e clearance plasmático do hormônio. Com o objetivo de melhor caracterizar e estudar esta variante hormonal, foi realizada sua purificação em escala laboratorial a partir de células de ovário de hamster chinês (CHO) modificadas geneticamente, utilizando meio de cultura suplementado com cicloheximida, aumentando ~4 vezes sua concentração absoluta e ~10 vezes a razão entre a isoforma glicosilada e a não-glicosilada. A purificação da G-hPRL seguiu um processo simples e efetivo de duas etapas principais baseado em uma coluna de troca catiônica e uma coluna preparativa de exclusão molecular acoplada a um sistema de cromatografia líquida de excusão molecular de alta eficiência (HPSEC). A caracterização foi feita por HPLC de fase reversa (RP-HPLC) e exclusão molecular, SDS-PAGE, Western Blotting, espectometria de massa (MALDI-TOF) e um bioensaio in vitro utilizando células Nb2 e Ba/F3-LLP. Nossos resultados demostram que a cicloheximida pode ser uma importante ferramenta para aumentar a produção de prolactina glicosilada, facilitando a purificação e caracterização dessa isoforma. / Human prolactin hPRL is a 199 aminoacid protein hormone (MM ~23.000 Da) with a wide spectrum of biological activities being, however, best known for its stimulation of lactation and development of mammary gland. Besides proteolytic cleavage, the majority of prolactin variants can be the result of other posttranslational processing of the mature molecule in the anterior pituitary gland or the plasma. These include polymerization, phosphorylation, deamidation, sulfation, and glycosylation. This protein contains only one potential asparagine-linked glycosylation site which is partially ( ~10%) occupied when the protein is synthesized in eukaryotic cells. Although the biological activity of glycosylated hPRL (G-hPRL) has been found ~ 4-fold lower compared to that of hPRL, its physiological function is not well defined yet, and the carbohydrate moiety seems to play an important role in the biosynthesis, secretion, biological activity, and plasma clearance of the hormone. In order to better characterize and study this hormone variant, we carried out its laboratory scale synthesis and purification from genetically modified CHO cells medium that had been supplemented with cycloheximide, increasing thus ~4-fold its absolute concentration and ~10-fold the glycosylated versus non-glycosylated hPRL concentration ratio. G-hPRL purification was carried via a simple and effective two-step process based on a cationic exchanger and a preparative size-exclusion HPLC column (HPSEC). Characterization was carried out by reversed-phase and size-exclusion HPLC, SDS-PAGE, western blotting, MALDI-TOF MS and in vitro bioassay utilizing Nb2 and Ba/F3-LLP cells. Ours results show that cycloheximide can be an important tool to increase the production of glycosylated proteins hPRL facilitating the purification and characterization of these isoforms.

O Grupo de Hormônios do Centro de Biotecnologia do IPEN desenvolveu várias linhagens de células de ovário de hamster chinês (CHO) modificadas geneticamente e comprovadamente eficientes na expressão de proteínas heterólogas, dentre elas a prolactina humana (hPRL) e os análogos antagonistas de prolactina (S179D-hPRL e G129R-hPRL). No entanto, todas as linhagens para expressão são cultivadas em monocamadas e dependentes da presença de soro fetal bovino (SFB) no meio de cultivo para um crescimento eficiente. As células em suspensão apresentam um grande interesse industrial-farmacêutico, tanto pela facilidade de cultivo e ampliação de escala, como pela produtividade volumétrica. Desenvolvemos um protocolo para adaptação de células CHO para o crescimento em suspensão e também processos de produção em frascos spinners. Nesse trabalho foi realizada a adaptação das linhagens produtoras de hPRL; S179D-hPRL e G129R-hPRL para o crescimento em suspensão e em meio livre de SFB. Realizamos também a produção em escala laboratorial com as três linhagens adaptadas, assim como a correspondente purificação e caracterização de quatro proteínas heterólogas, incluindo a prolactina humana glicosilada (G-hPRL). / The Hormone Group of the Biotechnology Center of IPEN has developed different cells lines of genetically modified chinese hamster ovary cells (CHO) for the expression of heterologus protein like human prolactin (hPRL) and its analogs/antagonists (S179D-hPRL and G129R-hPRL). All cell lines for expression are however cultured in monolayer culture dish and depend on fetal bovine serum (FBS) in the medium for an efficient growth. Cells in suspension show a great industrial-pharmaceutical interest, especially for the cultivation facility and scale enlargement as well as for volumetric productivity. We developed a protocol for adapting CHO cells to suspension growth, in spinner flasks. The adaption of our cell lines producing hPRL; S179D-hPRL and G129R-hPRL to suspension growth and in serum-free medium was obtained. We also carried out laboratory scale production with the three suspension-adapted culture line cells and the corresponding purification and characterization of four heterologous proteins, including glycosylated human prolactin (G-hPRL).

Thesis (M.A.)--University of North Texas, 2008. / System requirements: Adobe Acrobat Reader. Includes bibliographical references and discography (p. 100-103).