Transferryna w hodowli komórek: kluczowy nośnik żelaza w systemach wolnych od surowicy

I. Struktura transferyny (TF)

TF zawiera 679 reszt aminokwasowych, o masie cząsteczkowej około 79 kDa i punkcie izoelektrycznym około 6,6. Jego sekwencja aminokwasowa obejmuje 38 reszt cysteinowych zdolnych do tworzenia 19 par wiązań dwusiarczkowych kluczowych dla stabilizacji struktury białka oraz posiada trzy miejsca N-glikozylacji. TF składa się z dwóch strukturalnie podobnych domen wiążących żelazo: domeny N-końcowej (336 aa) i domeny globularnej C-końcowej (343 aa). Obie domeny są połączone krótką sekwencją rozdzielającą.

Każde miejsce wiązania Fe3⁺ w domenach zawiera cztery konserwatywne aminokwasy, w tym dwie tyrozyny, jeden kwas asparaginowy i jedną histydynę, a reszty te są ułożone w geometrii oktaedrycznej. Ponadto w miejscach wiązania Fe3⁺ wymagane są dwa atomy tlenu dostarczane przez jony węglanowe, aby ustabilizować atomy żelaza. W pobliżu miejsc wiązania TF kluczową rolę w uwalnianiu żelaza odgrywają Gly-65, Glu-83, Tyr-85, Arg-124, Lys-206, Ser-248 i Lys-296. Efekt protonowania pary zasad Lys-206-Lys-296 zlokalizowanej w domenie przeciwnej do końca N może indukować otwartą lub zamkniętą konformację TF.

II. Funkcje transferyny (TF)

Żelazo jest jednym z niezbędnych pierwiastków niezbędnych do utrzymania wzrostu, proliferacji i metabolizmu komórek. Większość wolnego żelaza w organizmie jest transportowana i dostarczana przez transferynę. Transferyna (TF), główna β-globulina wiążąca i transportująca żelazo w osoczu, jest przede wszystkim odpowiedzialna za transport żelaza wchłanianego z przewodu pokarmowego i żelaza uwalnianego w wyniku degradacji erytrocytów. W surowicy ludzkiej stężenie TF wynosi około 2,5 g/l, z czego 30% stanowi żelazo. TF występuje głównie w trzech postaciach: holo-transferyna (holo-TF), częściowo nasycona transferyna (sidero-TF) i apo-transferyna (apo-TF).

W przedziale zewnątrzkomórkowym (pH ≈ 7,5) receptor transferyny (TFR) ma większe powinowactwo wiązania do TF związanego z żelazem (holo-TF) niż do formy wolnej od żelaza (apo-TF). W rezultacie TF związany z żelazem jest następnie internalizowany, podczas gdy apo-TF jest uwalniany na powierzchni komórki. W endosomach (pH ≈ 5,6) TFR preferencyjnie wiąże się z apo-TF niż holo-TF, pośrednicząc w transporcie apo-TF z endosomów z powrotem do błony komórkowej. W tym procesie żelazo jest dostarczane do komórek, a TF jest poddawany recyklingowi.

Żelazo ma kluczowe znaczenie w hodowli komórkowej in vitro. Jako kofaktor różnych enzymów transferyna uczestniczy w wielu komórkowych funkcjach fizjologicznych, których trzy kluczowe aspekty opisano poniżej:

1. Udział w komórkowym metabolizmie oddechowym
Mitochondria są miejscem komórkowego metabolizmu oksydacyjnego i centrum energetycznym komórek. Dehydrogenaza bursztynianowa na błonie mitochondrialnej odgrywa w tym procesie istotną rolę. Jako składnik dehydrogenazy bursztynianowej żelazo bierze udział w komórkowym metabolizmie oksydacyjnym i wytwarzaniu energii.

2. Ochrona komórek przed uszkodzeniami oksydacyjnymi
Jako rdzeń struktury żelazoporfiryny, żelazo jest kluczowym składnikiem enzymów, takich jak katalaza i peroksydaza. Likwiduje toksyczność nadtlenku wodoru, fenoli, amin i aldehydów, chroniąc komórki przed uszkodzeniami powodowanymi przez nadtlenki, w tym H₂O₂. Zapewnia komórkom obronę antyoksydacyjną i poprawia zdrowie komórkowe.

3. Poprawa gęstości i żywotności komórek
Żelazo jest pierwiastkiem niezbędnym do proliferacji komórek. Bez żelaza komórki nie mogą przejść z fazy G1 do fazy S podczas proliferacji, a niedobór żelaza indukuje apoptozę i śmierć komórek. Niedobór żelaza upośledza syntezę DNA podczas replikacji komórek, ponieważ żelazo jest składnikiem reduktazy rybonukleotydowej — enzymu ograniczającego szybkość reakcji, który katalizuje konwersję rybonukleotydów do deoksyrybonukleotydów w syntezie DNA.

III. Zastosowania transferyny w kulturach bezsurowiczych

Transferyna (TF) jest niezbędnym składnikiem hodowli komórkowej. Zwłaszcza w pożywkach wolnych od surowicy (SFM) TF znalazł szerokie zastosowanie na dużą skalę w bioprodukcji, takiej jak produkcja przeciwciał monoklonalnych, synteza białek rekombinowanych, a także hodowla komórek odpornościowych i komórek macierzystych.

1. Poprawa wzrostu komórek i wydajności produktu
Suplementacja TF w pożywce bez surowicy (SFM) wspiera hodowlę komórek CHO o dużej gęstości, wydłuża cykle produkcyjne i zwiększa uzysk białka.
Dodanie TF do pożywek pozbawionych surowicy dla komórek hybrydoma poprawia szybkość proliferacji i żywotność komórek.
Regulując homeostazę żelaza, transferyna zmniejsza niejednorodność glikoform białkowych i zapewnia spójność farmaceutyków między partiami.
Po zastosowaniu do pozbawionej surowicy hodowli komórek CAR-T, komórek NK i mezenchymalnych komórek macierzystych (MSC), TF utrzymuje żywotność komórek i cechy funkcjonalne.

2. Uproszczenie i standaryzacja receptur
Jako główny składnik suplementów, w tym ITS (insulina-transferyna-selen) i SPIT/SPITE, TF może zastąpić surowicę, aby uzyskać chemicznie zdefiniowane formuły wolne od zwierząt i zmniejszyć różnice między partiami.

3.Zastąpienie chelatorów chemicznych
Chelatory chemiczne (np. EDTA, cytrynian) są trudne do regulowania cykli redoks i podatne na wytwarzanie wolnych rodników. Zaletą wiązania żelaza przez TF jest to, że opiera się ono na naturalnych szlakach, w których pośredniczy receptor, bez wytwarzania produktów ubocznych wolnych rodników.

Beijing Anrate Biotechnology Co., Ltd. dostarcza produkowaną przemysłowo, wolną od zwierząt, rekombinowaną ludzką transferynę pochodzącą z drożdży i komórek CHO. Zapytania i testy próbne są mile widziane.

Ważna uwaga