БИОХИМИЯ, 2019, том 84, вып. 6, с. 808–818
УДК 577.29
Новый эффективный способ получения рекомбинантного противоопухолевого цитокина TRAIL и его рецептор селективного варианта DR5-B*
1 Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, 117997 Москва, Россия; электронная почта: marine_gasparian@yahoo.com
2 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, биологический факультет, 119991 Москва, Россия
Поступила в редакцию 19.12.2018
После доработки 25.02.2019
Принята к публикации 26.02.2019
DOI: 10.1134/S032097251906006X
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: цитокин TRAIL, мутантный вариант DR5-B, штамм E. coli SHuffle B, терапия рака.
Аннотация
Цитокин TRAIL индуцирует апоптоз в опухолевых клетках различного происхождения, не затрагивая нормальные клетки. Клинические испытания агонистов рецепторов смерти DR4 и DR5 (рекомбинантный TRAIL или антитела к рецепторам смерти) в основном потерпели неудачу, поскольку большинство опухолей человека оказались к ним устойчивы. В настоящее время разрабатываются агенты второго поколения, нацеленные на TRAIL-R с повышенной биологической активностью. С этой целью нами был разработан вариант TRAIL DR5-B, избирательно взаимодействующий только с рецептором DR5. Мы разработали новый эффективный способ получения TRAIL и DR5-B, используя экспрессию этих белков в штамме Escherichia coli SHuffle B. Белки были выделены из цитоплазматической фракции клеток и очищены до высокой степени гомогенности с помощью металл-аффинной и ионообменной хроматографии. Выход белков составил 211 мг и 173 мг из одного литра культуры клеток для DR5-B и TRAIL соответственно, что значительно превышало результаты, полученные с помощью других методик. Препарат DR5-B эффективнее и быстрее убивал опухолевые клетки различного происхождения по сравнению с TRAIL. Полученные препараты можно использовать как для исследования сигнальных путей TRAIL, так и в доклинических и клинических испытаниях их противоопухолевой активности.
Текст статьи
Сноски
* Первоначально английский вариант рукописи опубликован на сайте «Biochemistry» (Moscow) http://protein.bio.msu.ru/biokhimiya, в рубрике «Papers in Press», BM 18-359, 29.04.2019.
** Адресат для корреспонденции.
Финансирование
Работа была выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 18-34-00812 и № 16-04-00668) и гранта Президиума РАН «Молекулярная и клеточная биология».
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Соблюдение этических норм
Настоящая статья не содержит описания каких-либо исследований с участием людей или животных в качестве объектов.
Список литературы
1. Guicciardi, M.E., and Gores, G.J. (2009) Life and death by death receptors, FASEB J., 23, 1625–1637, doi: 10.1096/fj.08-111005.
2. Pan, G., O’Rourke, K., Chinnaiyan, A.M., Gentz, R., Ebner, R., Ni, J., and Dixit, V.M. (1997) The receptor for the cytotoxic ligand TRAIL, Science, 276, 111–113, doi: 10.1126/science.276.5309.111.
3. Degli-Esposti, M.A., Smolak, P.J., Walczak, H., Waugh, J., Huang, C.P., DuBose, R.F., Goodwin, R.G., and Smith, C.A. (1997) Cloning and characterization of TRAIL-R3, a novel member of the emerging TRAIL receptor family, J. Exp. Med., 186, 1165–1170, doi: 10.1084/jem.186.7.1165.
4. Degli-Esposti, M.A., Dougall, W.C., Smolak, P.J., Waugh, J.Y., Smith, C.A., and Goodwin, R.G. (1997) The novel receptor TRAIL-R4 induces NF-kappaB and protects against TRAIL-mediated apoptosis, yet retains an incomplete death domain, Immunity, 7, 813–820, doi: 10.1016/S1074-7613(00)80399-4.
5. Merino, D., Lalaoui, N., Morizot, A., Schneider, P., Solary, E., and Micheau, O. (2006) Differential inhibition of TRAIL-mediated DR5-DISC formation by decoy receptors 1 and 2, Mol. Cell. Biol., 26, 7046–7055, doi: 10.1128/MCB.00520-06.
6. Clancy, L., Mruk, K., Archer, K., Woelfel, M., Mongkolsapaya, J., Screaton, G., Lenardo, M.J., and Chan, F.K. (2005) Preligand assembly domain-mediated ligand-independent association between TRAIL receptor 4 (TR4) and TR2 regulates TRAIL-induced apoptosis, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 102, 18099–18104, doi: 10.1073/pnas.0507329102.
7. Nguyen, P.T., Nguyen, D., Chea, C., Miyauchi, M., Fujii, M., and Takata, T. (2018) Interaction between N-cadherin and decoy receptor-2 regulates apoptosis in head and neck cancer, Oncotarget, 9, 31516–31530, doi: 10.18632/oncotarget.25846.
8. Van Roosmalen, I.A., Quax, W.J., and Kruyt, F.A. (2014) Two death-inducing human TRAIL receptors to target in cancer: similar or distinct regulation and function? Biochem. Pharmacol., 91, 447–456, doi: 10.1016/j.bcp.2014.08.010.
9. Gasparian, M.E., Ostapchenko, V.G., Yagolovich, A.V., Tsygannik, I.N., Chernyak, B.V., Dolgikh, D.A., and Kirpichnikov, M.P. (2007) Overexpression and refolding of thioredoxin/TRAIL fusion from inclusion bodies and further purification of TRAIL after cleavage by enteropeptidase, Biotechnol. Lett., 29, 1567–1573, doi: 10.1007/s10529-007-9446-y.
10. Lin, Z., Lei, H., and Cao, P. (2007) Expression, purification, and in vitro refolding of soluble tumor necrosis factor-related apoptosis inducing ligand (TRAIL), Protein Expr. Purif., 51, 276–282, doi: 10.1016/j.pep.2006.07.026.
11. Wang, D., and Shi, L. (2009) High-level expression, purification, and in vitro refolding of soluble tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL), Appl. Biochem. Biotechnol., 157, 1–9, doi: 10.1007/s12010-007-8079-x.
12. Ashkenazi, A., Pai, R.C., Fong, S., Leung, S., Lawrence, D.A., Marsters, S.A., Blackie, C., Chang, L., McMurtrey, A.E., Hebert, A., DeForge, L., Koumenis, I.L., Lewis, D., Harris, L., Bussiere, J., Koeppen, H., Shahrokh, Z., and Schwall, R.H. (1999) Safety and antitumor activity of recombinant soluble Apo2 ligand, J. Clin. Invest., 104, 155–162, doi: 10.1172/JCI6926.
13. Do, B.H., Nguyen, M.T., Song, J.A., Park, S., Yoo, J., and Jang, J. (2017) Soluble prokaryotic expression and purification of bioactive tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand, J. Microbiol. Biotechnol., 27, 2156–2164, doi: 10.4014/jmb.1705.05070.
14. Gasparian, M.E., Chernyak, B.V., Dolgikh, D.A., Yagolovich, A.V., Popova, E.N., Sycheva, A.M., Moshkovskii, S.A., and Kirpichnikov, M.P. (2009) Generation of new TRAIL mutants DR5-A and DR5-B with improved selectivity to death receptor 5, Apoptosis, 14, 778–787, doi: 10.1007/s10495-009-0349-3.
15. Gasparian, M.E., Bychkov, M.L., Yagolovich, A.V., Dolgikh, D.A., and Kirpichnikov, M.P. (2015) Mutations enhancing selectivity of antitumor cytokine TRAIL to DR5 receptor increase its cytotoxicity against tumor cells, Biochemistry (Moscow), 80, 1080–1091, doi: 10.1134/S0006297915080143.
16. Simpson, R.J. (2010) Rapid coomassie blue staining of protein gels, Cold Spring Harb. Protoc., 2010, pdb.prot5413, doi: 10.1101/pdb.prot5413.
17. Switzer, R.C. 3rd, Merril, C.R., and Shifrin, S. (1979) A highly sensitive silver stain for detecting proteins and peptides in polyacrylamide gels, Anal. Biochem., 98, 231–237, doi: 10.1016/0003-2697(79)90732-2.
18. Bradford, M.M. (1976) A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding, Anal. Biochem., 72, 248–254, doi: 10.1016/0003-2697(76)90527-3.
19. Lobstein, J., Emrich, C.A., Jeans, C., Faulkner, M., Riggs, P., and Berkmen, M. (2012) SHuffle, a novel Escherichia coli protein expression strain capable of correctly folding disulfide bonded proteins in its cytoplasm, Microb. Cell Fact., 11, 56, doi: 10.1186/1475-2859-11-56.
20. Reichelt, P., Schwarz, C., and Donzeau, M. (2006) Single step protocol to purify recombinant proteins with low endotoxin contents, Protein Expr. Purif., 46, 483–488, doi: 10.1016/j.pep.2005.09.027.
21. Szegezdi, E, van der Sloot, A.M., Mahalingam, D., O’Leary, L., Cool, R.H., Munoz, I.G., Montoya, G., Quax, W.J., de Jong, S., Samali, A., and Serrano, L. (2012) Kinetics in signal transduction pathways involving promiscuous oligomerizing receptors can be determined by receptor specificity: apoptosis induction by TRAIL, Mol. Cell. Proteomics, 11, doi: 10.1074/mcp.M111.013730.
22. Van Geelen, C.M., de Vries, E.G., Le, T.K., van Weeghel, R.P., and de Jong, S. (2003) Differential modulation of the TRAIL receptors and the CD95 receptor in colon carcinoma cell lines, Br. J. Cancer, 89, 363–373, doi: 10.1038/sj.bjc.6601065.
23. Valley, C.C., Lewis, A.K., Mudaliar, D.J., Perlmutter, J.D., Braun, A.R., Karim, C.B., Thomas, D.D., Brody, J.R., and Sachs, J.N. (2012) Tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) induces death receptor 5 networks that are highly organized, J. Biol. Chem., 287, 21265–21278, doi: 10.1074/jbc.M111.306480.
24. Chekkat, N., Lombardo, C.M., Seguin, C., Lechner, M.C., Dufour, F., Nomine, Y., De Giorgi, M., Frisch, B., Micheau, O., Guichard, G., Altschuh, D., and Fournel, S. (2018) Relationship between the agonist activity of synthetic ligands of TRAIL-R2 and their cell surface binding modes, Oncotarget, 9, 15566–15578, doi: 10.18632/oncotarget.24526.
25. Zhang, M., Wang, Z., Chi, L., Sun, J., and Shen, Y. (2018) Enhanced production of soluble tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand in Escherichia coli using a novel self-cleavable tag system Fh8-ΔI-CM, Protein Expr. Purif., 148, 16–23, doi: 10.1016/j.pep.2018.03.005.
26. Malyala, P., and Singh, M. (2008) Endotoxin limits in formulations for preclinical research, J. Pharm. Sci., 97, 2041–2044, doi: 10.1002/jps.21152.
27. Herbst, R.S., Eckhardt, S.G., Kurzrock, R., Ebbinghaus, S., O’Dwyer, P.J., Gordon, M.S., Novotny, W., Goldwasser, M.A., Tohnya, T.M., Lum, B.L., Ashkenazi, A., Jubb, A.M., and Mendelson, D.S. (2010) Phase I dose-escalation study of recombinant human Apo2L/TRAIL, a dual proapoptotic receptor agonist, in patients with advanced cancer, J. Clin. Oncol., 28, 2839–2846, doi: 10.1200/JCO.2009.25.1991.
28. Gasparian, M.E., Bychkov, M.L., Yagolovich, A.V., Kirpichnikov, M.P., and Dolgikh, D.A. (2017) The effect of cisplatin on cytotoxicity of anticancer cytokine TRAIL and its receptor-selective mutant variant DR5-B, Dokl. Biochem. Biophys., 477, 385–388, doi: 10.1134/S1607672917060114.
29. Soria, J.C., Smit, E., Khayat, D., Besse, B., Yang, X., Hsu, C.P., Reese, D. Wiezorek, J., and Blackhall, F. (2010) Phase 1b study of dulanermin (recombinant human Apo2L/TRAIL) in combination with paclitaxel, carboplatin, and bevacizumab in patients with advanced non-squamous non-small-cell lung cancer, J. Clin. Oncol., 28, 1527–1533, doi: 10.1200/JCO.2009.25.4847.