Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1032110.32607/20758251-2018-10-3-40-47ReviewsОбзорыResearch ArticleProduction of Recombinant Proteins in the Milk of Transgenic Animals: Current State and ProspectsПолучение рекомбинантных белков из молока трансгенных животных: современное состояние и перспективыShepelevM. V.ШепелевM. В.
Russian Federation
mshepelev@mail.ruKalinichenkoS. V.КалиниченкоС. В.
Russian Federation
mshepelev@mail.ruDeykinA. V.ДейкинA. В.
Russian Federation
mshepelev@mail.ruKorobkoI. V.КоробкоИ. В.
Russian Federation
mshepelev@mail.ruInstitute of Gene Biology, Russian Academy of SciencesИнститут биологии гена РАН15092018103VOL 10, NO3 (2018)ТОМ 10, №3 (2018)404717012020Copyright ©; 2018, Shepelev M.V., Kalinichenko S.V., Deykin A.V., Korobko I.V.Copyright ©; 2018, Шепелев M.В., Калиниченко С.В., Дейкин A.В., Коробко И.В.2018Shepelev M.V., Kalinichenko S.V., Deykin A.V., Korobko I.V.Шепелев M.В., Калиниченко С.В., Дейкин A.В., Коробко И.В.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10321

The use of transgenic animals as bioreactors for the synthesis of the recombinant proteins secreted into milk is a current trend in the development of biotechnologies. Advances in genetic engineering, in particular the emergence of targeted genome editing technologies, have provided new opportunities and significantly improved efficiency in the generation of animals that produce recombinant proteins in milk, including economically important animals. Here, we present a retrospective review of technologies for generating transgenic animals, with emphasis on the creation of animals that produce recombinant proteins in milk. The current state and prospects for the development of this area of biotechnology are discussed in relation to the emergence of novel genome editing technologies. Experimental and practical techniques are briefly discussed.

Использование трансгенных животных в качестве биореакторов для синтеза рекомбинантных белков, секретируемых в молоко, является актуальным направлением биотехнологии. Прогресс генно-инженерных технологий, включая появление технологий направленного редактирования генома, существенно упрощает и повышает эффективность получения трансгенных животных, в том числе хозяйственно ценных видов. В данном обзоре рассмотрены технологии получения трансгенных животных с акцентом на животных-продуцентов рекомбинантных белков, секретируемых в молоко. Сегодняшнее состояние и перспективы развития этой области биотехнологии описаны в свете появления новых технологий редактирования генома, кратко освещены экспериментальные и уже используемые на практике разработки.

transgenic animalrecombinant proteinmammary glandtargeted genome editinghomologous recombinationsite-specific recombinationгомологичная рекомбинациямолочная железанаправленное редактирование геномарекомбинантный белоксайт-специфическая рекомбинациятрансгенные животныеThis work was supported by a grant from the Russian Science Foundation (project No. 16-14-00150).Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда (проект № 16-14-00150).[1] Wang Y., Zhao S., Bai L., Fan J., Liu E. // BioMed Res. Internat. 2013, V.2013, P.580463[2] // The Global Technology Revolution 2020, In-Depth Analyses. Bio/Nano/Materials/Information Trends, Drivers, Barriers, and Social Implications. RAND Corp., 2006. P. 145 2006, P.145[3] Maksimenko O.G., Deykin A.V., Khodarovich Yu.M., Georgiev P.G. // Acta Naturae. 2013, V.5, №1, P.33-46[4] Smith K. // Reprod. Nutr. Dev. 2001, V.41, P.465-485[5] Niemann H., Kues A.W. // Anim. Reprod .Sci. 2000, V.60-61, P.277-293[6] Levy J.H., Weisinger A., Ziomek C.A., Echelard Y. // Semin. Thromb. Hemost. 2001, V.27, P.405-416[7] Coulibaly S., Besenfelder U., Miller I., Zinovieva N., Lassnig C., Kotler T., Kotler T., Jameson J.L., Gemeiner M., Müller M. // Mol. Reprod. Dev. 2002, V.63, P.3003008[8] Amiri Yekta A., Dalman A., Eftekhari-Yazdi P., Sanati M.H., Shahverdi A.H., Fakheri R., Vazirinasab H., Daneshzadeh M.T., Vojgani M., Zomorodipour A., Fatemi N. // Transgenic Res. 2013, V.22, P.131-142[9] Mikus T., Malý P., Poplstein M., Landa V., Trefil P., Lidický J. // Folia Biol. (Praha). 2001, V.47, P.187-195[10] Carver A., Wright G., Cottom D., Cooper J., Dalrymple M., Temperley S., Udell M., Reeves D., Percy J., Scott A. // Cytotechnology. 1992, V.9, P.77-84[11] Wright G., Carver A., Cottom D., Reeves D., Scott A., Simons P., Wilmut I., Garner I., Colman A. // Nat. Biotechnol. 1991, V.9, P.830-834[12] Archibald A.L., McClenaghan M., Hornsey V., Simons J.P., Clark A.J. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1990, V.87, P.5178-5182[13] Baldassarre H., Hockley D.K., Doré M., Brochu E., Hakier B., Zhao X., Bordignon V. // Transgenic Res. 2008, V.17, P.73-84[14] Baldassarre H., Hockley D.K., Olaniyan B., Brochu E., Zhao X., Mustafa A., Bordignon V. // Transgenic Res. 2008, V.17, P.863-872[15] Huang Y.J., Huang Y., Baldassarre H., Wang B., Lazaris A., Leduc M., Bilodeau A.S., Bellemare A., Côté M., Herskovits P. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2007, V.104, P.13603-13608[16] Nuijens J.H., van Berkel P.H., Geerts M.E., Hartevelt P.P., de Boer H.A., van Veen H.A., Pieper F.R. // J. Biol. Chem. 1997, V.272, P.8802-8807[17] Platenburg G.J., Kootwijk E.P., Kooiman P.M., Woloshuk S.L., Nuijens J.H., Krimpenfort P.J., Pieper F.R., de Boer H.A., Strijker R. // Transgenic Res. 1994, V.3, P.99-108[18] Wang J., Yang P., Tang B., Sun X., Zhang R., Guo C., Gong G., Liu Y., Li R., Zhang L. // J. Dairy Sci. 2008, V.91, P.4466-4476[19] Li H., Liu Q., Cui K., Liu J., Ren Y., Shi D. // Transgenic Res. 2013, V.22, P.169-178[20] Buchman A.R., Berg P. // Mol. Cell. Biol. 1988, V.8, P.4395-4405[21] Bourdon V., Harvey A., Lonsdale D.M. // EMBO Rep. 2001, V.2, P.394-398[22] Kang Y.K., Lee C.S., Chung A.S., Lee K.K. // Mol. Cells. 1998, V.8, P.259-265[23] Liu K., Sandgren E.P., Palmiter R.D., Stein A. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1995, V.92, P.7724-7728[24] Huang M.T., Gorman C.M. // Nuc. Acids Res. 1990, V.18, P.937-947[25] Palmiter R.D., Sandgren E.P., Avarbock M.R., Allen D.D., Brinster R.L. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1991, V.88, P.478-482[26] Choi T., Huang M., Gorman C., Jaenisch R. // Mol. Cell. Biol. 1991, V.11, P.3070-3074[27] Barash I., Nathan M., Kari R., Ilan N., Shani M., Hurwitz D.R. // Nucleic Acids Research 1996, V.24, P.602-610[28] Tikhonov M.V., Maksimenko O.G., Georgiev P.G., Korobko I.V. // Mol Biol (Mosk). 2017, V.51, P.671-676[29] Eszterhas S.K., Bouhassira E.E., Martin D.I., Fiering S. // Mol. Cell. Biol. 2002, V.22, P.469-479[30] Emery D.W., Yannaki E., Tubb J., Nishino T., Li Q., Stamatoyannopoulos G. // Blood. 2002, V.100, P.2012-2019[31] Guglielmi L., Le Bert M., Truffinet V., Cogné M., Denizot Y. // Biochim. Biophys. Res. Commun. 2003, V.307, P.466-471[32] Truffinet V., Guglielmi L., Cogné M., Denizot Y. // Immunol. Lett. 2005, V.96, P.303-304[33] Kong Q., Hai T., Ma J., Huang T., Jiang D., Xie B., Wu M., Wang J., Song Y., Wang Y. // PLoS One. 2014, V.9, e107945[34] Eilertsen K.J., Power R.A., Harkins L.L., Misica P. // Anim. Reprod. Sci. 2007, V.98, P.129-146[35] Campbell K.H., Fisher P., Chen W.C., Choi I., Kelly R.D., Lee J.H., Xhu J. // Theriogenology. 2007, V.68, S1, P.214-231[36] Dinnyes A., Tian X.C., Yang X. // Reprod. Domest. Anim. 2008, V.43, S2, P.302-309[37] Edmunds T., van Patten S.M., Pollock J., Hanson E., Bernasconi R., Higgins E., Manavalan P., Ziomek C., Meade H., McPherson J.M. // Blood. 1998, V.91, P.4561-4571[38] Yang P., Wang J., Gong G., Sun X., Zhang R., Du Z., Liu Y., Li R., Ding F., Tang B. // PLoS One. 2008, V.3, e3453[39] Baldassarre H., Wang B., Kafidi N., Gauthier M., Neveu N., Lapointe J., Sneek L., Leduc M., Duguay F., Zhou J.F. // Theriogenology. 2003, V.59, P.831-839[40] Tasic B., Hippenmeyer S., Wang C., Gamboa M., Zong H., Chen-Tsai Y., Luo L. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2011, V.108, P.7902-7907[41] Yu H., Wang X., Zhu L., He Z., Liu G., Xu X., Chen J., Cheng G. // Gene. 2013, V.515, P.367-371[42] Wirth D., Gama-Norton L., Riemer P., Sandhu U., Schucht R., Hauser H. // Curr. Opin. Biotechnol. 2007, V.18, P.411-419[43] Bockamp E., Maringer M., Spangenberg C., Fees S., Fraser S., Eshkind L., Oesch F., Zabel B. // Physiol. Genomics. 2002, V.11, P.115-132[44] Bode J., Schlake T., Iber M., Schübeler D., Seibler J., Snezhkov E., Nikolaev L. // Biol. Chem. 2000, V.381, P.801-813[45] Liu X., Wang Y., Guo W., Chang B., Liu J., Guo Z., Quan F., Zhang Y. // Nat. Commun. 2013, V.4, P.2565[46] Jeong Y.H., Kim Y.J., Kim E.Y., Kim S.E., Kim J., Park M.J., Lee H.G., Park S.P., Kang M.J. // Zygote. 2016, V.24, P.442-456[47] Lee S.M., Kim J.W., Jeong Y.H., Kim S.E., Kim Y.J., Moon S.J., Lee J.H., Kim K.J., Kim M.K., Kang M.J. // Asian- Australas J. Anim. Sci. 2014, V.27, P.1644-1651[48] Robinson C., Kolb A.F. // Exp. Cell. Res. 2009, V.315, P.508-522[49] Kumar S., Clarke A.R., Hooper M.L., Horne D.S., Law A.J., Leaver J., Springbett A., Stevenson E., Simons J.P. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1994, V.91, P.6138-6142[50] Cosenza G., Pauciullo A., Colimoro L., Mancusi A., Rando A., Di Berardino D., Ramunno L. // Anim. Genet. 2007, V.38, P.655-658[51] Soriano P. // Nat. Genet. 1999, V.21, P.70-71[52] DeKelver R.C., Choi V.M., Moehle E.A., Paschon D.E., Hockemeyer D., Meijsing S.H., SancakY. I.O., Cui X., Steine E.J., Miller J.C. // Genome Res. 2010, V.20, P.1133-1142[53] Kasparek P., Krausova M., Haneckova R., Kriz V., Zbodakova O., Korinek V., Sedlacek R. // FEBS Lett. 2014, V.588, P.3982-3988[54] Richardson C., Moynahan M.E., Jasin M. // Genes Dev. 1998, V.12, P.3831-3842[55] Remy S., Tesson L., Menoret S., Usal C., De Cian A., Thepenier V., Thinard R., Baron D., Charpentier M., Renaud J.B. // Genome Res. 2014, V.24, P.1371-1383[56] Ménoret S., Fontanière S., Jantz D., Tesson L., Thinard R., Rémy S., Usal C., Ouisse L.H., Fraichard A., Anegon I. // FASEB J. 2013, V.27, P.703-711[57] Porteus M.H., Carroll D. // Nat. Biotechnol. 2005, V.23, P.967-973[58] Bogdanove A.J., Voytas D.F. // Science. 2011, V.333, P.1843-1846[59] Silva G., Poirot L., Galetto R., Smith J., Montoya G., Duchateau P., Pâques F. // Current Gene Therapy 2011, V.11, P.11-27[60] Boissel S., Jarjour J., Astrakhan A., Adey A., Gouble A., Duchateau P., Shendure J., Stoddard B.L., Certo M.T. // Nucleic Acids Research 2014, V.42, P.2591-2601[61] Segal D.J., Beerli R.R., Blancafort P., Dreier B., Effertz K., Huber A., Koksch B., Lund C.V., Magnenat L., Valente D. // Biochemistry. 2003, V.42, P.2137-2148[62] Urnov F.D., Rebar E.J., Holmes M.C., Zhang H.S., Gregory P.D. // Nat. Rev. Genet. 2010, V.11, P.636-646[63] Boch J., Scholze H., Schornack S., Landgraf A., Hahn S., Kay S., Lahaye T., Nickstadt A., Bonas U. // Science. 2009, V.326, P.1509-1512[64] Moscou M.J., Bogdanove A.J. // Science. 2009, V.326, P.1501[65] Christian M., Cermak T., Doyle E.L., Schmidt C., Zhang F., Hummel A., Bogdanove A.J., Voytas D.F. // Genetics. 2010, V.186, P.757-761[66] Gaj T., Gersbach C.A., Barbas C.F. 3rd. // Trends Biotechnol. 2013, V.31, P.397-405[67] Nemudryi A.A., Valetdinova K.R., Medvedev S.P., Zakian S.M. // Acta Naturae. 2014, V.6, P.19-40[68] Ruan J., Xu J., Chen-Tsai R.Y., Li K. // Transgenic Res. 2017, V.26, P.715-726[69] Stella S., Alcón P., Montoya G. // Nat. Struct. Mol. Biol. 2017, V.24, P.882-892[70] Murugan K., Babu K., Sundaresan R., Rajan R., Sashital D.G. // Molecular Cell 2017, V.68, P.15-25[71] Mitsunobu H., Teramoto J., Nishida K., Kondo A. // Trends Biotechnol. 2017, V.35, P.983-996[72] Chira S., Gulei D., Hajitou A., Zimta A.A., Cordelier P., Berindan-Neagoe I. // Mol. Ther. Nucl. Acids. 2017, V.7, P.211-222[73] Urnov F.D., Miller J.C., Lee Y.L., Beausejour C.M., Rock J.M., Augustus S., Jamieson A.C., Porteus M.H., Gregory P.D., Holmes M.C. // Nature 2005, V.435, P.646-651[74] Moynahan M.E., Jasin M. // Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 2010, V.11, P.196-207[75] Lieber M.R. // Annu. Rev. Biochem. 2010, V.79, P.181-211[76] McVey M., Lee S.E. // Trends Genet. 2008, V.24, P.529-538[77] Sugawara N., Ira G., Haber J.E. // Mol. Cell. Biol. 2000, V.20, P.5300-5309[78] Wang B., Li K., Wang A., Reiser M., Saunders T., Lockey R.F., Wang J.W. // Biotechniques. 2015, V.59, P.201-208[79] Wang H., Yang H., Shivalila C.S., Dawlaty M.M., Cheng A.W., Zhang F., Jaenisch R. // Cell. 2013, V.153, P.910-918[80] Yang H., Wang H., Shivalila C.S., Cheng A.W., Shi L., Jaenisch L. // Cell. 2013, V.154, P.1370-1379[81] Frit P., Barboule N., Yuan Y., Gomez D., Calsou P. // DNA Repair (Amst.). 2014, V.17, P.81-97[82] Maruyama T., Dougan S.K., Truttmann M.C., Bilate A.M., Ingram J.R., Ploegh H.L. // Nat. Biotechnol. 2015, V.33, P.538-542[83] Chu V.T., Weber T., Wefers B., Wurst W., Sander S., Rajewsky K., Kühn R. // Nat. Biotechnol. 2015, V.33, P.543-548[84] Li K., Wang G., Andersen T., Zhou P., Pu W.T. // PLoS One. 2014, V.9, e105779[85] Maresca M., Lin V.G., Guo N., Yang Y. // Genome Res. 2013, V.23, P.539-546[86] Cristea S., Freyvert Y., Santiago Y., Holmes M.C., Urnov F.D., Gregory P.D., Cost G.J. // Biotechnology and Bioengineering 2013, V.110, P.871-880[87] Nakade S., Tsubota T., Sakane Y., Kume S., Sakamoto N., Obara M., Daimon T., Sezutsu H., Yamamoto T., Sakuma T. // Nat. Commun. 2014, V.5, P.5560[88] Sakuma T., Nakade S., Sakane Y., Suzuki K.T., Yamamoto T. // Nature Protocols 2016, V.11, P.118-133