Transferrine in celcultuur: een belangrijke ijzertransporteur voor serumvrije systemen

I. Structuur van transferrine (TF)

TF bevat 679 aminozuurresiduen, met een molecuulgewicht van ongeveer 79 kDa en een iso-elektrisch punt van ongeveer 6,6. De aminozuursequentie omvat 38 cysteïneresiduen die in staat zijn 19 paren disulfidebindingen te vormen, die cruciaal zijn voor het stabiliseren van de eiwitstructuur, en het bezit drie N-glycosyleringsplaatsen. TF bestaat uit twee structureel vergelijkbare ijzerbindende domeinen: een N-terminaal domein (336 aa) en een C-terminaal bolvormig domein (343 aa). De twee domeinen zijn verbonden door een korte afstandsreeks.

Elke Fe³⁺-bindingsplaats in de domeinen bevat vier geconserveerde aminozuren, waaronder twee tyrosines, één asparaginezuur en één histidine, en deze residuen zijn gerangschikt in een octaëdrische geometrie. Bovendien zijn er op de Fe³⁺-bindingsplaatsen twee zuurstofatomen nodig, geleverd door carbonaationen, om ijzeratomen te stabiliseren. In de buurt van de TF-bindingsplaatsen spelen Gly-65, Glu-83, Tyr-85, Arg-124, Lys-206, Ser-248 en Lys-296 een sleutelrol bij het vrijkomen van ijzer. Het protonatie-effect van het Lys-206-Lys-296 basenpaar dat zich in het domein tegenover het N-uiteinde bevindt, kan de open of gesloten conformatie van TF induceren.

II. Functies van transferrine (TF)

IJzer is een van de essentiële elementen voor het ondersteunen van celgroei, proliferatie en metabolische activiteiten. Het meeste vrije ijzer in het lichaam wordt getransporteerd en afgeleverd door transferrine. Transferrine (TF), het belangrijkste ijzerbindende en ijzertransporterende β-globuline in plasma, is primair verantwoordelijk voor het vervoeren van ijzer dat wordt geabsorbeerd uit het maagdarmkanaal en voor ijzer dat vrijkomt bij de afbraak van erytrocyten. In menselijk serum bedraagt ​​de concentratie TF ongeveer 2,5 g/l, waarvan 30% ijzer bevat. TF bestaat hoofdzakelijk in drie vormen: holo-transferrine (holo-TF), gedeeltelijk verzadigde transferrine (sidero-TF) en apo-transferrine (apo-TF).

In het extracellulaire compartiment (pH ≈ 7,5) heeft de transferrinereceptor (TFR) een hogere bindingsaffiniteit voor ijzergebonden TF (holo-TF) dan voor de ijzervrije vorm (apo-TF). Als gevolg hiervan wordt ijzergebonden TF vervolgens geïnternaliseerd, terwijl apo-TF wordt vrijgegeven aan het celoppervlak. In endosomen (pH ≈ 5,6) bindt TFR bij voorkeur aan apo-TF boven holo-TF, waardoor het transport van apo-TF van endosomen terug naar het plasmamembraan wordt bemiddeld. Via dit proces wordt ijzer in de cellen afgeleverd en wordt TF gerecycled.

IJzer is van cruciaal belang voor in vitro celcultuur. Als cofactor van verschillende enzymen neemt transferrine deel aan meerdere cellulaire fysiologische functies, waarvan hieronder drie belangrijke aspecten worden beschreven:

1. Deelname aan het cellulaire ademhalingsmetabolisme
Mitochondria zijn de plaats van cellulair oxidatief metabolisme en het energiecentrum van cellen. Succinaatdehydrogenase op het mitochondriale membraan speelt een cruciale rol in dit proces. Als bestanddeel van succinaatdehydrogenase is ijzer betrokken bij het cellulaire oxidatieve metabolisme en de energieproductie.

2. Bescherming van cellen tegen oxidatieve schade
Als kern van de ijzer-porfyrinestructuur is ijzer een belangrijk bestanddeel van enzymen zoals catalase en peroxidase. Het elimineert de toxiciteit van waterstofperoxide, fenolen, aminen en aldehyden en beschermt cellen tegen schade veroorzaakt door peroxiden, waaronder H₂O₂. Het biedt antioxiderende verdediging voor cellen en verbetert de cellulaire gezondheid.

3. Verbetering van de celdichtheid en levensvatbaarheid
IJzer is een essentieel element voor celproliferatie. Zonder ijzer kunnen cellen tijdens proliferatie niet van de G1-fase naar de S-fase overgaan, en ijzertekort induceert cellulaire apoptose en dood. IJzergebrek schaadt de DNA-synthese tijdens de celreplicatie, omdat ijzer een onderdeel is van ribonucleotidereductase – het snelheidsbeperkende enzym dat de omzetting van ribonucleotiden in deoxyribonucleotiden bij de DNA-synthese katalyseert.

III. Toepassingen van transferrine in serumvrije cultuur

Transferrine (TF) is een onmisbaar onderdeel in de celcultuur. Vooral in serumvrije media (SFM) wordt TF op grote schaal toegepast bij de bioproductie, zoals de productie van monoklonale antilichamen, recombinante eiwitsynthese, evenals de kweek van immuuncellen en stamcellen.

1. Verbetering van celgroei en productopbrengst
Suppletie van TF in serumvrij medium (SFM) ondersteunt de kweek van CHO-cellen met hoge dichtheid, verlengt de productiecycli en verhoogt de eiwitopbrengsten.
Het toevoegen van TF aan serumvrij medium voor hybridomacellen verbetert de celproliferatiesnelheid en levensvatbaarheid.
Door de ijzerhomeostase te reguleren, vermindert transferrine de heterogeniteit van eiwitglycovormen en zorgt het voor batch-tot-batch consistentie van farmaceutische producten.
Wanneer toegepast op serumvrije kweek van CAR-T-cellen, NK-cellen en mesenchymale stamcellen (MSC's), behoudt TF de levensvatbaarheid van de cellen en functionele kenmerken.

2.Formuleringvereenvoudiging en standaardisatie
Als kerncomponent van supplementen, waaronder ITS (insuline-transferrine-selenium) en SPIT/SPITE, kan TF serum vervangen om diervrije, chemisch gedefinieerde formuleringen te verkrijgen en variaties tussen batches te verminderen.

3. Vervanging van chemische chelatoren
Chemische chelatoren (bijv. EDTA, citraat) zijn moeilijk te reguleren redoxcycli en zijn vatbaar voor de productie van vrije radicalen. Het voordeel van ijzerbinding door TF is dat het afhankelijk is van natuurlijke receptorgemedieerde routes zonder bijproducten van vrije radicalen te genereren.

Beijing Anrate Biotechnology Co., Ltd. levert industrieel geproduceerde diervrije recombinante menselijke transferrine afgeleid van gist- en CHO-cellen. Vragen en proeftesten zijn welkom.

Belangrijke mededeling