La moléculture végétale est une alternative abordable et sécuritaire pour la production de protéines recombinantes d’intérêt clinique. Cependant, ces protéines sont souvent sujettes à la dégradation par les protéases endogènes dans les cellules végétales. Plusieurs stratégies ont été mises en place pour contrer ce phénomène, incluant notamment la co-expression d’inhibiteurs de protéases compagnons. Peu de données ont décrit toutefois comment la physiologie de la plante hôte, associée en particulier à son développement, a un impact sur l’expression et la protection d’une protéine d’intérêt. Dans ce projet, nous avons évalué les activités de protéases de types cystéine et aspartate dans des feuilles agroinfiltrées de la plante hôte Nicotiana benthamiana, en fonction de leur stade de développement. Nous démontrons que l’expression de l’inhibiteur SlCYS8 de tomate, actif contre les protéases de type cystéine, permet d’augmenter d’environ 40% le rendement en anticorps monoclonal C5-1, notre protéine modèle, dans les feuilles jeunes et matures où les activités protéolytiques sont moindres. Ces résultats prometteurs sur le plan appliqué font ressortir, en revanche, la complexité des processus biochimiques en cause et la pertinence de développer des stratégies complémentaires pour augmenter les teneurs en protéine recombinante. Dans cette optique, une nouvelle approche basée sur une diversion dirigée du métabolisme de défense de la plante hôte a été explorée. Nous démontrons qu’une activation du sentier de l’acide jasmonique induit dans les feuilles la production de protéines de stress, incluant des inhibiteurs de protéases de classes fonctionnelles variées; et une diminution de la teneur en RuBisCO, un contaminant majeur pendant la purification des protéines recombinantes. Sur cette base, nous avons adjoint à notre procédure de transfection un prétraitement des plantes au jasmonate de méthyle, une forme volatile de l’acide jasmonique. Ce prétraitement a permis d’une part de réduire considérablement les teneurs en RuBisCO dans les feuilles, et de doubler d’autre part le taux d’expression et le rendement en anticorps C5-1. Nos données appuient l’utilité éventuelle d’une manipulation du métabolisme de défense sur les rendements en protéine recombinante, complémentaire aux approches basées sur la co-expression d’inhibiteurs de protéases recombinants. / Plant molecular farming is an affordable and safe alternative to conventional expression animal and microbial systems for the production of clinically-useful recombinant proteins. However, these proteins are often susceptible to degradation by endogenous proteases of the host plant cells. Several strategies have been described to counter degradation processes including the co-expression of companion protease inhibitors. Few data, however, were available describing how the host plant’s physiology, especially its developmental stage, could impact the expression and protection of a clinically useful heterologous protein. In this study, we assessed changes in the activity of cysteine and aspartate proteases in the widely adopted expression host Nicotiana benthamiana, as a function of leaf age. We demonstrate that the expression of a tomato cysteine protease inhibitor, SlCYS8, allows to increase by nearly 40% the total yield of a model protein, the blood-typing C5-1 monoclonal antibody, in young and mature leaves where proteolytic activities are lower. Our results, while promising in practice, highlighted on the other hand the complexity of biochemical processes involved and the relevance of developing additional strategies to boost recombinant protein accumulation in planta. Towards this end, a new approach based on a deliberate diversion of the host plant defense metabolism was explored. We show that an activation of the jasmonic acid pathway in leaves induces the production of stress-related proteins, including protease inhibitors of various functional classes; and a significant decrease in the content of RuBisCO, a major contaminant during the purification of recombinant proteins. Based on this we included in our transfection procedure a pretreatment of plants with methyl jasmonate, a volatile form of jasmonic acid. This pretreatment significantly reduced RuBisCO levels in leaves, concomitant with a more than twofold increase of C5-1 yield in mature leaves. Our data highlight, overall, the potential of manipulating the host plant’s defense metabolism to increase heterologous protein yields, in complement to current protein protection strategies involving the co-expression of recombinant protease inhibitors.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/26260 |
| Date | 23 April 2018 |
| Creators | Robert, Stéphanie |
| Contributors | Michaud, Dominique, Sainsbury, Frank |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | thèse de doctorat, COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xxi, 142 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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