Transferrine en culture cellulaire: un transporteur de fer clé pour les systèmes sans sérum

I. Structure de la Transferrine (TF)

TF contient 679 résidus d'acides aminés, avec un poids moléculaire d'environ 79 kDa et un point isoélectrique d'environ 6,6. Sa séquence d'acides aminés comprend 38 résidus cystéine capables de former 19 paires de liaisons disulfure, essentielles à la stabilisation de la structure protéique, et elle possède trois sites de N-glycosylation. TF se compose de deux domaines de liaison au fer structurellement similaires : un domaine N-terminal (336 aa) et un domaine globulaire C-terminal (343 aa). Les deux domaines sont reliés par une courte séquence d'espacement.

Chaque site de liaison Fe³⁺ dans les domaines contient quatre acides aminés conservés, dont deux tyrosines, un acide aspartique et une histidine, et ces résidus sont disposés selon une géométrie octaédrique. De plus, deux atomes d'oxygène fournis par les ions carbonate sont nécessaires aux sites de liaison Fe³⁺ pour stabiliser les atomes de fer. Près des sites de liaison TF, Gly‑65, Glu‑83, Tyr‑85, Arg‑124, Lys‑206, Ser‑248 et Lys‑296 jouent un rôle clé dans la libération du fer. L'effet de protonation de la paire de bases Lys‑206‑Lys‑296 située dans le domaine opposé à l'extrémité N-terminale peut induire la conformation ouverte ou fermée de TF.

II. Fonctions de la Transferrine (TF)

Le fer est l’un des éléments essentiels au maintien de la croissance, de la prolifération et des activités métaboliques des cellules. La majeure partie du fer libre dans le corps est transportée et délivrée par la transferrine. La transferrine (TF), la principale β-globuline qui fixe et transporte le fer dans le plasma, est principalement responsable du transport du fer absorbé par le tractus gastro-intestinal et du fer libéré lors de la dégradation des érythrocytes. Dans le sérum humain, la concentration de TF est d'environ 2,5 g/L, dont 30 % sont occupés en fer. Le TF existe principalement sous trois formes : l'holo-transferrine (holo-TF), la transferrine partiellement saturée (sidero-TF) et l'apo-transferrine (apo-TF).

Dans le compartiment extracellulaire (pH ≈ 7,5), le récepteur de la transferrine (TFR) a une affinité de liaison plus élevée pour le TF lié au fer (holo-TF) que pour la forme sans fer (apo-TF). En conséquence, le TF lié au fer est ensuite internalisé, tandis que l'apo-TF est libéré à la surface des cellules. Dans les endosomes (pH ≈ 5,6), le TFR se lie préférentiellement à l'apo-TF plutôt qu'à l'holo-TF, assurant ainsi le transport de l'apo-TF des endosomes vers la membrane plasmique. Grâce à ce processus, le fer est introduit dans les cellules et le TF est recyclé.

Le fer est essentiel à la culture cellulaire in vitro. En tant que cofacteur de diverses enzymes, la transferrine participe à de multiples fonctions physiologiques cellulaires dont trois aspects clés sont décrits ci-dessous :

1. Participation au métabolisme respiratoire cellulaire
Les mitochondries sont le site du métabolisme oxydatif cellulaire et le centre énergétique des cellules. La succinate déshydrogénase sur la membrane mitochondriale joue un rôle essentiel dans ce processus. En tant que composant de la succinate déshydrogénase, le fer est impliqué dans le métabolisme oxydatif cellulaire et la production d'énergie.

2. Protection des cellules contre les dommages oxydatifs
En tant que noyau de la structure fer-porphyrine, le fer est un constituant clé d’enzymes telles que la catalase et la peroxydase. Il élimine la toxicité du peroxyde d'hydrogène, des phénols, des amines et des aldéhydes, protégeant les cellules des dommages causés par les peroxydes, dont H₂O₂. Il fournit une défense antioxydante aux cellules et améliore la santé cellulaire.

3. Amélioration de la densité et de la viabilité cellulaires
Le fer est un élément essentiel à la prolifération cellulaire. Sans fer, les cellules ne peuvent pas progresser de la phase G1 à la phase S pendant la prolifération, et une carence en fer induit l'apoptose et la mort cellulaire. La carence en fer altère la synthèse de l'ADN lors de la réplication cellulaire, car le fer est un composant de la ribonucléotide réductase, l'enzyme limitante qui catalyse la conversion des ribonucléotides en désoxyribonucléotides lors de la synthèse de l'ADN.

III. Applications de la transferrine dans la culture sans sérum

La transferrine (TF) est un composant indispensable dans la culture cellulaire. En particulier dans les milieux sans sérum (SFM), le TF a été largement appliqué à grande échelle dans la biofabrication, comme la production d'anticorps monoclonaux, la synthèse de protéines recombinantes, ainsi que la culture de cellules immunitaires et de cellules souches.

1.Amélioration de la croissance cellulaire et du rendement du produit
La supplémentation en TF dans des milieux sans sérum (SFM) favorise la culture à haute densité de cellules CHO, prolonge les cycles de production et augmente les rendements en protéines.
L’ajout de TF à des milieux sans sérum pour les cellules d’hybridome améliore le taux de prolifération cellulaire et la viabilité.
En régulant l'homéostasie du fer, la transferrine réduit l'hétérogénéité des protéines glycoformes et garantit la cohérence d'un lot à l'autre des produits pharmaceutiques.
Lorsqu’il est appliqué à une culture sans sérum de cellules CAR‑T, de cellules NK et de cellules souches mésenchymateuses (CSM), le TF maintient la viabilité cellulaire et les caractéristiques fonctionnelles.

2.Simplification et normalisation de la formulation
En tant que composant essentiel des suppléments, notamment ITS (insuline-transferrine-sélénium) et SPIT/SPITE, TF peut remplacer le sérum pour obtenir des formulations chimiquement définies sans animaux et réduire les variations d'un lot à l'autre.

3. Substitution des chélateurs chimiques
Les chélateurs chimiques (par exemple, EDTA, citrate) sont difficiles à réguler les cycles rédox et ont tendance à produire des radicaux libres. L’avantage de la liaison du fer par le TF est qu’elle s’appuie sur des voies naturelles médiées par les récepteurs sans générer de sous-produits de radicaux libres.

Beijing Anrate Biotechnology Co., Ltd. fournit de la transferrine humaine recombinante sans animaux, produite industriellement, dérivée de levures et de cellules CHO. Les demandes de renseignements et les tests d’essai sont les bienvenus.

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