Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1060610.32607/20758251-2013-5-1-73-84Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleRecombinant Human Butyrylcholinesterase As a New-Age Bioscavenger Drug: Development of the Expression SystemРекомбинантная бутирилхолинэстераза человека как биологический антидот нового поколения: разработка эукариотической системы экспрессииIlyushinD. G.ИлюшинД. Г.
Russian Federation
IlyushinDenis@gmail.comHaertleyO. M.ЭртлеO. M.
Russian Federation
IlyushinDenis@gmail.comBobikT. V.БобикT. В.
Russian Federation
IlyushinDenis@gmail.comShamborantO. G.ШамборантO. Г.
Russian Federation
IlyushinDenis@gmail.comSurinaE. A.СуринаE. A.
Russian Federation
IlyushinDenis@gmail.comKnorreV. D.КнорреВ. Д.
Russian Federation
IlyushinDenis@gmail.comMassonP.
France
IlyushinDenis@gmail.comSmirnovI. V.СмирновИ. В.
Russian Federation
IlyushinDenis@gmail.comGabibovA. G.ГабибовA. Г.
Russian Federation
IlyushinDenis@gmail.comPonomarenkoN. A.ПономаренкоН. A.
Russian Federation
IlyushinDenis@gmail.comShemyakin and Ovchinnikov Institute of Bioorganic ChemistryИнститут биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАНDépartement de Toxilogie, Centre de Recherches du Servise de Sante des ArméesCentre de Recherches du Service de Santé des Armées1503201351VOL 5, NO1 (2013)ТОМ 5, №1 (2013)738417012020Copyright ©; 2013, Ilyushin D.G., Haertley O.M., Bobik T.V., Shamborant O.G., Surina E.A., Knorre V.D., Masson P., Smirnov I.V., Gabibov A.G., Ponomarenko N.A.Copyright ©; 2013, Илюшин Д.Г., Эртле O.M., Бобик T.В., Шамборант O.Г., Сурина E.A., Кнорре В.Д., Masson P., Смирнов И.В., Габибов A.Г., Пономаренко Н.A.2013Ilyushin D.G., Haertley O.M., Bobik T.V., Shamborant O.G., Surina E.A., Knorre V.D., Masson P., Smirnov I.V., Gabibov A.G., Ponomarenko N.A.Илюшин Д.Г., Эртле O.M., Бобик T.В., Шамборант O.Г., Сурина E.A., Кнорре В.Д., Masson P., Смирнов И.В., Габибов A.Г., Пономаренко Н.A.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10606

Butyrylcholinesterase (BChE) is a serine hydrolase (EC 3.1.1.8) which can be found in most animal tissues. This enzyme has a broad spectrum of efficacy against organophosphorus compounds, which makes it a prime candidate for the role of stoichiometric bioscavenger. Development of a new-age DNA-encoded bioscavenger is a vival task. Several transgenic expression systems of human BChE were developed over the past 20 years; however, none of them has been shown to make economic sense or has been approved for administration to humans. In this study, a CHO-based expression system was redesigned, resulting in a significant increase in the production level of functional recombinant human butyrylcholinesterase as compared to the hitherto existing systems. The recombinant enzyme was characterized with Elman and ELISA methods.

Бутирилхолинэстераза (БуХЭ) – сериновая гидролаза [КФ 3.1.1.8], которая характеризуется высокой реакционной способностью стехиометрически связывать разнообразные токсины, ингибирующие ацетилхолинэстеразу, и обнаруживается практически во всех тканях млекопитающих. Это делает бутирилхолинэстеразу человека первым кандидатом на роль биологического антидота, действие которого направлено на различные фосфорорганические яды. Получение рекомбинантной БуХЭ в количествах, достаточных для инъекционного введения, затруднено из-за низкой эффективности существующих систем экспрессии. В представленной работе разработана эффективная система экспрессии рекомбинантной бутирилхолинэстеразы человека на основе клеток линии CHO, а также охарактеризован белок, полученный с использованием этой системы.

bioscavengerbutyrylcholinesteraseCHO cell linerecombinant proteinоrganophosphorus toxinsбиологический антидотбутирилхолинэстеразаклетки линии CHOрекомбинантный белокфосфорорганические токсиныThis work was supported by the Russian Foundation for Basic Research (grant No. 10-04-00673-a), the Federal Target-oriented Program (No. 2046.2012.4) of the Scientific School “The Chemical Foundations of Biocatalysis”, the Program of the Presidium of RAS No. 24 “Nanotechnologies and Nanomaterials,” and the Foundation for assistance to small enterprises in the field of science and technology (Program ”U.M.N.I.K.”).Работа поддержана РФФИ (грант № 10-04-00673-а), ФЦП (государственный контракт № 2046.2012.4) научной школы «Химические основы биокатализа», Программой Президиума РАН № 24 «Нанотехнологии и наноматериалы» и Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере - программа «УМНИК».1. Jbilo O., L’Hermite Y., Talesa V., Toutant J.P., Chatonnet A. // Eur. J. Biochem. 1994. V. 225. P. 115-124.2. Mesulam M. // Neuroscience. 2002. V. 110. P. 627-639.3. Saxena A., Sun W., Fedorko J.M., Koplovitz I., Doctor B.P. // Biochem. Pharmacol. 2011. V. 81. P. 164-169.4. Lockridge O., Schopfer L.M., Winger G., Woods J.H. // J. Med. Chem. Biol. Radiol. Def. 2005. V. 3. P. 1-23.5. Raveh L. // Toxicol. Appl. Pharmacol. 1997. V. 145. P. 43-53.6. Patrick M., Daniel R. // Acta Naturae. 2009. V. 1. № 1. P. 68-78.7. Masson P., Nachon F., Broomfield C.A., Lenz D.E., Verdier L., Schopfer L.M., Lockridge O. // Chem. Biol. Interact. 2008. V. 175. P. 273-280.8. Lockridge O., Bartels C.F., Vaughan T.A., Wong C.K., Norton S.E., Johnson L.L. // J. Biol. Chem. 1987. V. 262. P. 549-557.9. Lenz D.E., Yeung D., Smith J.R., Sweeney R.E., Lumley L.A., Cerasoli D.M. // Toxicology. 2007. V. 233. P. 31-39.10. Masson P., Carletti E., Nachon F. // Protein Pept. Lett. 2009. V. 16. P. 1215-1224.11. Geyer B.C., Kannan L., Cherni I., Woods R.R., Soreq H., Mor T.S. // Plant Biotechnol. J. 2010. V. 8. P. 873-886.12. Masson P., Steve A., Philippe P.-T., Oksana L. // Multidisciplinary approaches to cholinesterase functions. Expression and refoldin of functional human butyrylcholinesterase in E. coli. N.Y.: Plenum Press, 1992.13. Kishnani P.S., Corzo D., Nicolino M., Byrne B., Mandel H., Hwu W.L., Leslie N., Levine J., Spencer C., McDonald M., et al. // Neurology. 2007. V. 68. P. 99-109.14. Schwartz R.S., Abildgaard C.F., Aledort L.M., Arkin S., Bloom A.L., Brackmann H.H., Brettler D.B., Fukui H., Hilgartner M.W., Inwood M.J. // N. Engl. J. Med. 1990. V. 323. P. 1800-1805.15. White G.C., Beebe A., Nielsen B. // Thromb. Haemost. 1997. V. 78. P. 261-265.16. Jacobs L.D., Cookfair D.L., Rudick R.A., Herndon R.M., Richert J.R., Salazar A.M., Fischer J.S., Goodkin D.E., Granger C.V., Simon J.H., et al. // Ann. Neurol. 1996. V. 39. P. 285-294.17. Barngrover D. // J. Biotechnol. 2002. V. 95. P. 280-282.18. Tabuchi H., Sugiyama T., Tanaka S., Tainaka S. // Biotechnol. Bioeng. 2010. V. 107. P. 998-1003.19. Porter A.J., Dickson A.J., Racher A.J. // Biotechnol. Progr. 2010. V. 26. P. 1446-1454.20. Strnad J., Brinc M., Spudić V., Jelnikar N., Mirnik L., Carman B., Kravanja Z. // Biotechnol. Progr. 2010. V. 26. P. 653-663.21. Mizushima S., Nagata S. // Nucl. Acids Res. 1990. V. 18. P. 5322.22. Boshart M., Weber F., Jahn G., Dorsch-Häsler K., Fleckenstein B., Schaffner W. // Cell. 1985. V. 41. P. 521-530.23. Nachon F., Nicolet Y., Viguié N., Masson P., Fontecilla-Camps J.C., Lockridge O. // Eur. J. Biochem. 2002. V. 269. P. 630-637.24. Li H., Schopfer L.M., Masson P., Lockridge O. // Biochem. J. 2008. V. 411. P. 425-432.25. Altamirano C.V., Lockridge O. // Biochemistry. 1999. V. 38. P. 13414-13422.26. Huang Y.-J., Huang Y., Baldassarre H., Wang B., Lazaris A., Leduc M., Bilodeau A.S., Bellemare A., Côté M., Herskovits P., Touati M., Turcotte C., Valeanu L., et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2007. V. 104. P. 13603-13608.27. Geyer B.C., Kannan L., Garnaud P.-E., Broomfield C.A., Cadieux C.L., Cherni I., Hodgins S.M., Kasten S.A., Kelley K., Kilbourne J., Oliver Z.P., Otto T.C., Puffenberger I., et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2010. V. 107. P. 20251-20256.28. Freshney R.I. Culture of animal cells. Oxford, N.Y.: Wiley-Blackwell, 2005. P. 642.29. Duysen E.G., Bartels C.F., Lockridge O. // J. Pharmacol. Exp. Ther. 2002. V. 302. P. 751-758.30. Sambrook J., Russell D.W. Molecular Cloning. Cold Spring Harbor. N.Y.; Cold Spring Harbor Lab. Press, 2001.31. Sambrook J., Fritsch E.F., Maniatis T. Molecular Cloning: A Laboratory Manual. Cold Spring Harbor. N.Y.; Cold Spring Harbor Lab. Press, 1989.32. Schlesinger N., Baker D.G., Schumacher H.R. // J. Rheumatol. 1997. V. 24. P. 1018-1019.33. Harlow E., Harlow E., Lane D. Antibodies: A Laboratory Manual. Cold Spring Harbor. N.Y.; Cold Spring Harbor Lab. Press, 1988.34. Ausubel F.M. // Current Protocols. 2002. Unit 2.7.35. Ellman G.L., Courtney K.D., Anders V., Feather-Stone R.M. // Biochem. Pharmacol. 1961. V. 7. P. 88-95.36. Karnovsky M.J., Roots L. // J. Histochem. Cytochem. 1964. V. 12. P. 219-221.37. Xie W., Altamirano C.V., Bartels C.F., Speirs R.J., Cashman J.R., Lockridge O. // Mol. Pharmacol. 1999. V. 55. P. 83-91.38. Bartels C.F., Jensen F.S., Lockridge O., van der Spek A.F., Rubinstein H.M., Lubrano T., La Du B.N. // Am. J. Hum. Genet. 1992. V. 50. P. 1086-1103.39. Wang Y., Boeck A.T., Duysen E.G., van Keuren M., Saunders T.L., Lockridge O. // Toxicol. Appl. Pharmacol. 2004. V. 196. P. 356-366.40. Preininger A., Schlokat U., Mohr G., Himmelspach M., Stichler V., Kyd-Rebenburg A., Plaimauer B., Turecek P.L., Schwarz H.P., Wernhart W., Fischer B.E., Dorner F. // Cytotechnology. 1999. V. 30. P. 1-15.41. Wajih N., Hutson S.M., Owen J., Wallin R. // J. Biol. Chem. 2005. V. 280. P. 31603-31607.42. Jossé L., Smales C.M., Tuite M.F. // Biotechnol. Bioeng. 2010. V. 105. P. 556-566.43. Meleady P., Henry M., Gammell P., Doolan P., Sinacore M., Melville M., Francullo L., Leonard M., Charlebois T., Clynes M. // Proteomics. 2008. V. 8. P. 2611-2624.44. Roncarati R., Seredenina T., Jow B., Jow F., Papini S., Kramer A., Bothmann H., Dunlop J., Terstappen G.S. // Assay Drug Dev. Technol. 2008. V. 6. P. 181-193.45. Chilukuri N., Sun W., Naik R.S., Parikh K., Tang L., Doctor B.P., Saxena A. // Chem. Biol. Interact. 2008. V. 175. P. 255-260.46. Jain S., Hreczuk-Hirst D.H., McCormack B., Mital M., Epenetos A., Laing P., Gregoriadis G. // Biochim. Biophys. Acta. 2003. V. 1622. P. 42-49.