単一ベクターDNAレプリコンシステムによる植物におけるフルサイズのモノクローナル抗体の高レベルの迅速生産

植物のウイルスベクターは、重要な医薬品タンパク質の急速な生産に大きな可能性を秘めています。しかし、2つ以上のタンパク質サブユニットの発現とアセンブリを必要とするヘテロオリゴマータンパク質の高収量生産は、同じウイルスに由来するウイルスベクターの「競合する」性質のために問題に苦しむことがよくあります。以前は、豆の黄色d星ウイルス（BEYDV）由来の3成分DNAレプリコンシステムにより、植物における単一組換えタンパク質の迅速な生産が可能になることを報告しました（Huang et al。、2009。Biotechnol Bioeng 103：706-714）。この記事では、植物におけるモノクローナル抗体（mAb）を含むオリゴマータンパク質複合体の高度生産におけるその応用のために、この発現システムのさらなる開発を報告します。BeyDVレプリコンシステムは、2つのDNAレプリコンの同時効率的な複製を可能にし、したがって、同じ植物細胞に2つの組換えタンパク質の高レベルの蓄積を可能にすることを示しました。また、複数のレプリコンカセットを含む単一のベクトルが、2つの異なるタンパク質の発現を駆動する際に3成分システムと同じくらい効率的であることを実証しました。非競合、3ベクトルシステム、またはマルチレプリコン単一ベクトルのいずれかを使用して、エボラウイルスGP1に対する保護IgG MAB 6D8の重鎖サブユニットとライトチェーンサブユニットの両方を生成しました（Wilson et al。、2000。Science287：16644-1666）ニコチアナ・ベンサミアナの葉の浸透後4日以内のグラム葉あたり0.5 mgの葉あたりの新鮮な重量。さらに、2つの重い鎖と2つの軽鎖を含むフルサイズの四量体IgG複合体が効率的に組み立てられ、容易に精製され、その機能性が不活性化されたエボラウイルスへの特異的結合で機能を保持することを実証しました。したがって、当社の単一ベクトルレプリコンシステムは、ヘテロオリゴマータンパク質の高収量生産能力を提供しますが、非競合ウイルスを特定する困難なタスクと複数の発現モジュールの共感染の必要性を排除します。マルチレプリコンベクターは、植物の抗体産生のための過渡発現技術の大きな進歩を表しています。

Plant viral vectors have great potential in rapid production of important pharmaceutical proteins. However, high-yield production of hetero-oligomeric proteins that require the expression and assembly of two or more protein subunits often suffers problems due to the "competing" nature of viral vectors derived from the same virus. Previously we reported that a bean yellow dwarf virus (BeYDV)-derived, three-component DNA replicon system allows rapid production of single recombinant proteins in plants (Huang et al., 2009. Biotechnol Bioeng 103: 706-714). In this article, we report further development of this expression system for its application in high-yield production of oligomeric protein complexes including monoclonal antibodies (mAbs) in plants. We showed that the BeYDV replicon system permits simultaneous efficient replication of two DNA replicons and thus, high-level accumulation of two recombinant proteins in the same plant cell. We also demonstrated that a single vector that contains multiple replicon cassettes was as efficient as the three-component system in driving the expression of two distinct proteins. Using either the non-competing, three-vector system or the multi-replicon single vector, we produced both the heavy and light chain subunits of a protective IgG mAb 6D8 against Ebola virus GP1 (Wilson et al., 2000. Science 287: 1664-1666) at 0.5 mg of mAb per gram leaf fresh weight within 4 days post-infiltration of Nicotiana benthamiana leaves. We further demonstrated that full-size tetrameric IgG complex containing two heavy and two light chains was efficiently assembled and readily purified, and retained its functionality in specific binding to inactivated Ebola virus. Thus, our single-vector replicon system provides high-yield production capacity for hetero-oligomeric proteins, yet eliminates the difficult task of identifying non-competing virus and the need for co-infection of multiple expression modules. The multi-replicon vector represents a significant advance in transient expression technology for antibody production in plants.