Protéine recombinante

Définition

Une protéine recombinante est une protéine codée par de l'ADN recombinant qui a été cloné dans un vecteur d'expression qui prend en charge l'expression du gène et la traduction de l'ARN messager. La modification du gène par la technologie de l'ADN recombinant peut conduire à l'expression d'une protéine mutante. Elle est aussi appelée une protéine hétérologue.

Une protéine recombinante de Pichia pastoris :

Une protéine recombinante est une variation de l'ADN recombinant. Les levures Pichia pastoris sont des eucaryotes unicellulaires. Le clonage de Pichia pastoris utilise un plasmide spécial d'une protéine recombinante qui fonctionne à la fois dans E. coli et la levure. Une fois que le gène d'intérêt est inséré dans ce plasmide, il doit être linéarisé (coupé pour qu'il ne soit pas circulaire). Un double événement de recombinaison croisée intervient pour amener le gène d'intérêt à s'insérer directement dans le chromosome recombinant de P. pastoris où se trouvait l'ancien gène AOX. Maintenant, le gène d'intérêt est sous le contrôle du puissant promoteur AOX.

Explications

Les protéines recombinantes sont des protéines étrangères produites dans des hôtes d'expression. Ces protéines recombinantes sont utilisées comme réactifs de diagnostic médical dans le domaine de la santé humaine, tels que les vaccins, les médicaments ou les anticorps, ainsi que dans les analyses biochimiques.

Les protéines recombinantes deviennent de plus en plus importantes pour diverses applications, notamment dans les industries de la production chimique, pharmaceutique, cosmétique, de la santé humaine et animale, de l'agriculture, de l'alimentation et du traitement des déchets.

Les protéines se présentent sous différents types et remplissent des fonctions telles que le soutien structurel, la médiation des processus cellulaires, la régulation des cellules et des tissus et l'expression d'attributs physiques tels que la couleur des yeux, la taille et bien plus encore. L'avènement des technologies modernes a indéniablement apporté tant d'améliorations dans l'étude des molécules protéiques. Par exemple, l'un des principaux objectifs du domaine biotechnologique est la production de protéines recombinantes.

✅ Une protéine recombinante est un type de protéine modifiée dont le code est codé par un ADN recombinant. Elle est une forme de protéine de fusion. Fondamentalement, un ADN recombinant est composé de deux segments d'ADN réunis dans un plasmide (que l'on trouve généralement chez les bactéries). Lorsque l'ADN recombinant est inséré dans le plasmide bactérien, ils traduisent cet ADN en protéines qui portent les nouveaux ensembles de caractéristiques.

La technologie de l'ADN recombinant est possible en raison de l'énorme similitude qui existe dans presque tout le matériel génétique des organismes vivants (c'est-à-dire une structure chimique similaire). Cependant, cela ne signifie pas que lorsqu'un ADN recombinant est inséré dans un hôte, il s'exprimera nécessairement et la protéine sera produite. Pour ce faire, l'ADN de l'organisme source doit trouver un vecteur et ce vecteur sera celui qui pilotera la réplication de l'ADN chez l'hôte.

✅ La principale différence entre de l'ADN recombinant et une protéine recombinante est que l'ADN recombinant est une molécule d'ADN qui est fabriquée en rassemblant du matériel génétique de différentes espèces et en l'insérant dans un organisme hôte pour générer de nouvelles combinaisons génétiques, tandis que la protéine recombinante est la protéine qui est traduite par l'organisme hôte sur la base des informations présentes dans l'ADN recombinant.

Intérêt en purification de protéines

Les protéines recombinantes sont des outils importants pour l'étude des processus biologiques. La génération d'une protéine recombinante nécessite l'utilisation d'un système d'expression. La sélection d'un système d'expression approprié dépend des caractéristiques et de l'application prévue de la protéine recombinante et est essentielle pour produire des quantités suffisantes de la protéine.

Au cours des 30 dernières années, il y a eu des progrès considérables dans les technologies d'expression des protéines recombinantes. Dans ce chapitre, les caractéristiques uniques de quatre systèmes d'expression couramment utilisés, Escherichia coli, Pichia pastoris, baculovirus/cellule d'insecte et cellules de mammifères sont décrites.

Le système E. coli est une méthode rapide d'expression des protéines mais manque de nombreuses modifications post-traductionnelles trouvées chez les eucaryotes. La capacité d'E. coli à replier les protéines et à former des liaisons disulfure n'est pas suffisante pour de nombreuses protéines recombinantes, bien qu'il existe un certain nombre d'outils développés pour surmonter ces limitations.

Contrairement à E. coli, les systèmes eucaryotes P. pastoris, baculovirus/cellule d'insecte et mammifères favorisent un bon repliement des protéines et de nombreuses modifications post-traductionnelles. La manière dont les caractéristiques et l'application en aval d'une protéine recombinante peuvent influencer le choix d'un système d'expression.

⭐ Les protéines recombinantes, y compris les anticorps, sont des outils essentiels pour la découverte de médicaments à un stade précoce et sont utilisées dans une multitude d'applications. Alors que pour la production de protéines thérapeutiques, des critères tels que le comportement de croissance, la clonalité et la stabilité, ainsi que la productivité de la lignée cellulaire productrice sont d'une importance majeure, la production de protéines recombinantes à des fins de recherche est principalement motivée par la rentabilité, la simplicité et la rapidité du processus en conjonction avec des rendements adéquats du produit.

Biotechnologie médicale

Les protéines recombinantes ont fourni des percées importantes dans la biotechnologie biomédicale. Ils ne sont pas seulement utilisés dans la recherche biomédicale mais aussi dans le traitement, en tant que médicaments. La première protéine recombinante utilisée dans le traitement a été l'insuline humaine recombinante en 1982. L'industrie des protéines recombinantes s'est rapidement développée.

En 2018, plus de 130 protéines recombinantes sont approuvées par la FDA américaine pour une utilisation clinique. Cependant, plus de 170 protéines recombinantes sont produites et utilisées en médecine dans le monde.

Les protéines recombinantes utilisées en clinique comprennent les hormones recombinantes, les interférons, les interleukines, les facteurs de croissance, les facteurs de nécrose tumorale, les facteurs de coagulation sanguine, les médicaments thrombolytiques et les enzymes pour le traitement de maladies majeures telles que le diabète, le nanisme, l'infarctus du myocarde, l'insuffisance cardiaque congestive, l'apoplexie cérébrale, la sclérose en plaques, la neutropénie, la thrombocytopénie, l'anémie, l'hépatite, la polyarthrite rhumatoïde, l'asthme, la maladie de Crohn et les thérapies contre le cancer.

Jusqu'en 2020, les protéines recombinantes thérapeutiques ont connu trois générations, avec une amélioration notable à la troisième génération. La première génération de protéines recombinantes comprenait des protéines avec des structures natives, tandis que la deuxième génération impliquait des protéines avec des propriétés améliorées, en particulier la PK, la biodistribution, la spécificité, l'efficacité et des effets secondaires minimes. La troisième génération comprendra des protéines recombinantes qui ont été improvisées pour de nouvelles voies d'administration, comprendront de nouvelles formulations, présenteront une plus grande efficacité et une sécurité accrue.

Production de protéines recombinantes

Le processus de production de protéines recombinantes dépend fortement du processus d'insertion du segment d'ADN dans le génome de l'hôte. Deux méthodes sont connues pour produire de l'ADN recombinant, à savoir le clonage moléculaire et la PCR.

⭐ Le clonage moléculaire est un processus utilisé pour insérer un ADN recombinant dans un vecteur (véhicule utilisé pour transférer du matériel génétique) qui répliquera le segment à l'intérieur de l'organisme hôte. Le segment d'ADN peut être isolé d'un procaryote ou d'un eucaryote portant le gène ou la protéine d'intérêt. Après l'isolement du segment d'ADN, il y a sa coupe (avec des enzymes de restriction) et son insertion dans le vecteur plasmidique par ligature. Le produit résultant est maintenant appelé un plasmide recombinant et est maintenant prêt à être inséré dans l'hôte (ex. : la bactérie E. coli). Le clonage moléculaire fonctionne essentiellement sur le principe que toute séquence d'ADN insérée dans le plasmide sera répliquée avec le reste de l'ADN plasmidique.

⭐ La réaction en chaîne par polymérase (PCR), aussi appelée "photocopie moléculaire", est une méthode permettant d'amplifier rapidement des segments de l'ADN en millions de copies. Une fois amplifiées, les copies des segments d'ADN produits peuvent maintenant être utilisées dans diverses expériences de laboratoire comme la cartographie. Consultez la section Histoire de la génétique et l'année 1983 pour plus de discussion sur la PCR. Contrairement au clonage moléculaire, la PCR produit de l'ADN recombinant sans avoir besoin de vecteurs et de cellules hôtes. L'ADN matrice (ADN à copier) est simplement mélangé avec les amorces sens et antisens, les nucléotides et l'ADN polymérase et subit des cycles répétés par PCR.

Applications des protéines recombinantes

Alors que l'industrie de la biotechnologie continue de se développer, l'expression d'une grande variété de protéines recombinantes dans les systèmes biologiques se développe également.

Voici les applications courantes des protéines recombinantes :

1. Contrôler le processus de glycosylation : au cours des dernières années, diverses réactions dans la voie de la glycosylation se sont avérées influencées par divers facteurs tels que les facteurs de culture cellulaire, la sélection des hôtes et des cellules et la spécificité des protéines. Des études révèlent qu'en manipulant les structures des oligosaccharides sur une protéine recombinante, on peut améliorer la qualité du glycane, qui est essentielle au développement, à la croissance, au fonctionnement ou à la survie de l'organisme qui les synthétise.
2. Améliorer l'efficacité du mécanisme central du carbone : en manipulant les gènes, la régulation du métabolisme central du carbone peut être améliorée et l'accumulation de lactate dans le corps peut être réduite. En réduisant l'accumulation de lactate dans le corps, la production de glucose dans les cellules peut être améliorée et la performance globale des cellules peut être améliorée.
3. Cartographier et séquencer les gènes : les protéines recombinantes sont très utiles lorsqu'il s'agit de comprendre les principes de base et fondamentaux de la biologie moléculaire. Fondamentalement, il peut être utilisé pour identifier et localiser les positions spécifiques des gènes qui les codent. En dehors de cela, ils peuvent être utilisés pour déterminer la fonction d'autres gènes dans des processus tels que la signalisation cellulaire, la croissance cellulaire et même la mort cellulaire apoptotique.
4. Servir de sources potentielles de médicaments : la production de protéines recombinantes est très essentielle pour le développement de nouveaux médicaments ainsi que la découverte de cibles médicamenteuses. À l'heure actuelle, environ 30 % des médicaments d'origine biologique actuels sont obtenus à partir de protéines recombinantes exprimées par des hôtes bactériens.

Il ne fait aucun doute que la production de protéines recombinantes a révolutionné la science. Bien que les avantages potentiels des protéines recombinantes soient très encourageants, des questions concernant certains mécanismes du processus restent encore sans réponse et doivent encore faire l'objet d'études futures. En plus de cela, le processus de production de protéines recombinantes peut parfois échouer !

En rapport avec "protéine recombinante"

• ADN recombinant

  

  L'ADN recombinant (ADN recombiné) est une molécule d'ADN artificiel formée délibérément in vitro (par des méthodes de laboratoire de recombinaison génétique)...

• chromosome recombinant

  

  Un chromosome recombinant résulte d'inversions péricentriques parentales. Les chromosomes recombinants fournissent des délétions terminales et des duplications...

• plasmide recombinant

  

  Un plasmide recombinant est un plasmide dans lequel un fragment d'ADN étranger ou un gène a été inséré.

• recombinant

  

  Un recombinant qualifie une bactérie, une hormone, une protéine, un ADN (ADN recombinant), un gène, un virus, etc.