В кратком обзоре рассмотрены генно-инженерные конструкции, обеспечивающие биосинтез инсулина в клетках бактерий и дрожжей, которые могут быть потенциально использованы для производства этого гормона. В настоящее время создано два класса таких систем экспрессии – первые приводят к цитоплазматическому накоплению предшественников инсулина в нерастворимых тельцах включения, функционирование вторых сопровождается секрецией молекул предшественников инсулина в питательную среду. Отдельно обсуждаются рекомбинантные штаммы E. coli, созданные и используемые в ИБХ РАН для получения лекарственных форм инсулина человека (инсуран) и его быстродействующих и медленнодействующих аналогов Lispro, Aspart и Glargin. В этом случае основная плазмида pPINS07 (5051 п.н.) после введения в клетки E.coli BL21 обеспечивает высокоэффективную экспрессию искусственного гена, кодирующего короткий химерный полипептид, который состоит из последовательности аргинилпроинсулина человека, соединенной своим N-концом через гексагистидиновый линкер с IgG-связывающим доменом белка A Staphylococcus aureus. Обсуждаются особенности конструирования аналогов проинсулина, а также основные факторы, оказывающие влияние на их экспрессию в клетках микроорганизмов.

Список ссылок

1. Mechanisms of Insulin Action. (Saltiel A.R., Pessin J.E. eds), Springer NY, 2007, 214 PP.
2. http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs312/ru/
3. Kjeldsen T./ Appl. Microbiol. Biotechnol. 2000. V. 54. P. 277-286.
4. Steiner D.F., Cunningham D., Spigelman L., Aten B./ Science. 1967. V. 157. P. 697-700.
5. Steiner D.F., Chan S.J., Welsh J.M., Nielsen D., Michael J., Tager H.S., Rubenstein A.H./ Clin. Invest. Med. 1986. V.  9. P.  328-336.
6. Docherty K., Steiner D.F./ Annu Rev. Physiol. 1982. V. 44. P. 625-638.
7. Walsh G. /Appl. Microbiol. Biotechnol. 2005. V. 67. P. 151–159.
8. Graumann K., Premstaller A. / Biotechnol. J. 2006. V. 1. P. 164–186.
9. Goeddel D.V., Kleid D.G., Bolivar F., Heyneker H.L., Yansura D.G., Crea R., Hirose T., Krazewski A., Itakura K., Riggs A.D. /Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1979.  V. 76. P.  106–110.
10. Chance R., Frank B. /Diabetes Care. 1993. V. 16. P. 133–142.
11. Olmos S.J., Cruz N., Sanchez M., Lopez M., Balbas P., Gosset G., Valle F., Bolivar F. J. / Biotechnol. 1994. V. 38. P. 89–96.
12. Mackin R.B. /Protein Expr. Purif. 1999. V. 15. P. 308–313.
13. Winter J., Neubauer P., Glockshuber R., Rudolph R.  / J. Biotechnol.  2000. V.  84. P. 175–185.
14. Yang Z.H., Jing J., Tang J.G. /Appl. Biochem. Biotechnol. 2001. V. 90. P. 1–10.
15. Sung W.L, Yao F.U Zanab D.M., Narang S.A. / Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1986. V. 83. P. 561-565.
16. Tang J, Xue Y, Fan X, Fu Y. / Chin J Biotechnol. 1993. V. 9(2). P. 71-78.
17. Berg H. Walter M., Mauch L., Seissler J., Northemann W.J./ Immunol. Methods. 1993. V. 164. P. 221-231.
18. Wei G., Hu M.H., Tang L.G ./ Biochem. Mol. Biol. Int. 1995. V. 35. P. 37-46.
19. McGregor W.C. / Ann. N.Y. Acad. Sci. 1983. V. 413. P. 231-237.
20. Cowley D.J., Mackin R.B. / FEBS Lett. 1997. V. 402. P. 124-130
21. Johansson P., Nilsson L., Samuelsson E., Moks T., Slahl S., Uhlen M. / Eur. J. Biochem. 1996. V. 236. P. 656-661.
22. Шматченко В.В., Пискарева О.А., Шматченко Н.А., Байдусь А.Н., Степанов А.В. / Рекомбинантная плазмидная ДНК pHINS05, кодирующая гибридный полипептид, содержащий проинсулин человека, клетка Escherichia coli, трансформированная рекомбинантной плазмидной ДНК pHINS05 и штамм бактерий Escherichia coli JM109/pHINS05 – продуцент гибридного полипептида, содержащего проинсулин человека/ Патент РФ # 2263147, 2005.
23. Шматченко В.В., Шматченко Н.А., Байдусь А.Н., Купцов В.Н., Ноздрин В.Н., Степанов А.В. / Рекомбинантная плазмидная ДНК pHINS11, кодирующая гибридный полипептид, содержащий проинсулин человека, клетка Escherichia coli, трансформированная рекомбинантной плазмидной ДНК pHINS11, штамм бактерий Escherichia coli JM109/pHINS11 – продуцент гибридного белка – предшественника инсулина человека и способ получения инсулина человека, Патент РФ # 2354702, 2009
24. Olmos-Soto J., Contreras-Flores R. / Appl. Microbiol. Biotechnol. 2003. V. 62. P. 369–373.
25. Westers L., Westers H., Quax W.J./ Biochim. Biophys. Acta. 2004. V. 1694. P. 299–310.
26. Коробко В.Г., Болдырева Е.Ф., Шингарова Л.Н., Вульфсон А.Н., Костромина Т.И., Мирошников А.И., Гавриков В.Г., Калинин Ю.Т., Степанов А.В. / Рекомбинантная плазмидная ДНК pPINS07, кодирующая гибридный полипептид, содержащий проинсулин человека, и штамм бактерий Escherichia coli – продуцент гибридного полипептида, содержащего проинсулин человека. Патент РФ #2144957, 2000
27. Патрушев Л.И., Баирамашвили Д.И., Мирошников А.И. / Штамм бактерий Escherichia coli BL21/pPINS07 (BL07) – продуцент проинсулина человека. Патент РФ #2267534, 2006.
28. Патрушев Л.И., Костромина Т.И., Баирамашвили Д.И., Мирошников А.И. / Рекомбинантная плазмидная ДНК pLP-3.1, кодирующая полипептид проинсулина Lispro человека, и штамм бактерий Escherichia coli pLP-3.1/TG1 – продуцент рекомбинантного проинсулина Lispro. Патент РФ #2235776, 2004
29. Патрушев Л.И., Зинченко А.А., Костромина Т.И., Мелихова Т.Д., Патрушева Н.Л., Баирамашвили Д.И., Мирошников А.И. / Рекомбинантная плазмидная ДНК pAS-2, кодирующая полипептид проинсулина Aspart человека, и штамм бактерий Escherichia coli BAS2 – продуцент рекомбинантного проинсулина Aspart. Патент РФ #2337964, 2008.
30. Патрушев Л.И., Зинченко А.А., Костромина Т.И., Нокель Е.А., Патрушева Н.Л., Баирамашвили Д.И., Мирошников А.И. / Рекомбинантная плазмидная ДНК pGG-1, кодирующая полипептид проинсулина Glargin человека, и штамм бактерий Escherichia coli BGG18 – продуцент рекомбинантного проинсулина Glargin. Патент РФ #2325440, 2008.
31. Vajo Z., Duckworth W.C. / Pharmacol. Rev. 2000. V. 52. P. 1-9.
32. Wang F., Carabino J.M., Vergara C.M. / Clin. Ther. 2003. V 25. P. 1541-1577.
33. Bhatnagar S., Srivastava D., Jayadev M.S.K., Dubey A.K. / Progr. Biophys. Mol. Biol. 2006. V. 91. P. 199–228.
34. Hartman I. / Clinical Medicine Res. 2008. V. 6. P. 54-67.
35. Гусаров Д.А., Гусарова В.Д., Баирамашвили Д.И., Миронов А.Ф. / Биомедицинская химия. 2008. Т. 54, С. 624-642.
36. Баирамашвили Д.И., Гусаров Д.А., Давыдов В.Л., Зинченко А.А., Косарев С.А., Ласман В.А., Мирошников А.И., Михалев А.В., Шибанова Е.Д. / Способ получения генно-инженерного инсулина человека. Патент РФ#№2322504, 2008.
37. Punt P.J., van Biezen N., Conesa A., Albers A., Mangnus J., van den Hondel C. / TRENDS Biotechnol. 2002. V. 20. P. 200-206.
38. Emr S.D., Schekman R., Flessel M.C., Thorner J. (1983) Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 80, 7080-7084.
39. Bitter G.A., Chen K.K., Banks A.R., Lai P.-H. / Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1984. V. 81. P. 5330-5334.
40. Thim L., Hansen M.T., Norris K., Hoegh I., Boel E., Forstrom J., Ammerer G., Fiil N.P./ Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1986. V. 83. P. 6766-6770.
41. Thim L, Norris K, Hansen MT / Insulin precursors, process for their preparation and process for the preparation of human insulin. Eur. Pat. Applic. #86302133.3 , 1986.
42. Markussen J., Fiil N., Hansen M.T., Norris K., Ammerer G., Thim L., Voigt H.O. / DNA-sequence encoding biosynthetic insulin precursors and process for preparing the insulin precursors and human insulin. US Patent #4,916.212, 1990.
43. Jonassen I., Clausen I.G., Jensen E.B., Svendsen A./ DNA sequences encoding insulin precursors and methods of production. US Patent #5,324,641, 1994.
44. Kjeldsen T., Andersen A.S., Hach M., Diers I., Nikolajsen J., Markussen J. / Biotechnol. Appl. Biochem. 1998. V. 27. P. 109-115.
45. Kjeldsen T., Pettersson A.F., Hach M. / Biotechnol. Appl. Biochem. 1999. V. 29. P. 79-89.
46. Böer E., Steinborn G., Kunze G., Gellissen G. / Appl. Microbiol. Biotechnol. 2007. V. 77. P. 513–523.
47. Dingermann T. / Biotechnol. J. 2008. V. 3. P. 90–97.
48. Bairamashvili D.I., Rabinovich M.L. / Biotechnol. J. 2007. V. 2. P. 801–817.
49. Schmidt F.R. / Appl. Microbiol. Biotechnol. 2004. P. 65. V. 363–372.