2020年4月10日に全米科学アカデミー（PNAS）のオンライン抄録で公開された最近の研究で、カリフォルニア大学（UC）サンディエゴ校の研究者は、細胞培養でヘパリンを製造する能力に一歩近づいたことを報告している。 この論文は「ZNF263はヘパリンとヘパラン硫酸の生合成の転写調節因子である。（ZNF263 Is a Transcriptional Regulator of Heparin and Heparan Sulfate Biosynthesis.）」と題されている。
ヘパリンは強力な抗凝固剤であり、病院で最も処方されている薬物だが、細胞培養による製造は現在までのところ不可能だ。 特に、研究者らはヘパリン生合成において重要な遺伝子であるZNF263（亜鉛フィンガータンパク質263）を発見した。 研究者たちは、この遺伝子調節因子がヘパリンの工業生産への道における重要な発見であると信じている。
このアイデアは、遺伝子工学を使用して産業細胞株でこのレギュレーターを制御し、十分に制御された細胞培養でヘパリンを安全に工業生産する道を開くことだ。 ヘパリンは現在、豚の腸から薬物を抽出することによって製造されており、安全性、持続可能性、およびセキュリティ上の理由から懸念されている。 毎年数百万頭の豚が人間のニーズを満たすために必要であり、ほとんどの製造は米国外で行われている。 さらに、10年前、ブタ由来の汚染物質により数十人が死亡した。 したがって、持続可能な組換え生産を開発する必要がある。 PNASでの報告は、細胞がヘパリンの合成をどのように制御するかについての正確な洞察を提供する。
ヘパリンは、ヘパラン硫酸と呼ばれる、より一般的なクラスの炭水化物の特別なサブタイプであり、人体および細胞培養の両方で広範囲の細胞によって産生される。 しかし、ヘパリンはマスト細胞と呼ばれる特別な種類の血液細胞でのみ生産される。 今日まで、ヘパリンを細胞培養でうまく生産することはできていない。 カリフォルニア大学サンディエゴ校の研究者たちは、ヘパリン合成は特定の遺伝子調節因子（転写因子と呼ばれる）の制御下にある必要があると推論した。
ヘパリンの調節因子は知られていないため、カリフォルニア大学サンディエゴ校のJeffrey Esko博士とNathan Lewis博士が率いる研究チームは、バイオインフォマティクスソフトウェアを使用して、ヘパリン産生に関与する酵素をコードする遺伝子をスキャンし、特に結合を表す可能性のある転写因子サイトの配列要素を探した。 このような結合部位の存在は、それぞれの遺伝子が対応する遺伝子調節タンパク質、すなわち転写因子によって調節されていることを示している可能性がある。
「最も目立った1つのDNA配列は、ZNF263（ジンクフィンガープロテイン263）と呼ばれる転写因子だ」と、カリフォルニア大学サンディエゴ校医学部小児科 およびカリフォルニア大学サンディエゴジェイコブス校工学部生物工学科に在籍するLewis博士は説明した。
「この遺伝子調節因子についていくつかの研究が行われたが、これはヘパリン合成に関与する最初の主要な調節因子である」とLewis博士は述べた。 彼はまた、カリフォルニア大学サンディエゴジェイコブス校工学部のCHOシステム生物学センターの共同ディレクターでもある。
カリフォルニア大学サンディエゴ校の研究者らは、遺伝子編集技術CRISPR / Cas9を使用して、通常はヘパリンを産生しないヒト細胞株でZNF263を変異させた。 彼らは、この細胞株が通常生産するヘパラン硫酸が化学的に変化し、ヘパリンに近い反応性を示すことを発見した。
実験はさらに、ZNF263がヘパリン産生に関与する主要な遺伝子を抑制することを示した。興味深いことに、ヒト白血球からの遺伝子発現データの分析は、マスト細胞（in vivoでヘパリンを生成）およびマスト細胞に関連する好塩基球におけるZNF263の抑制を示した。 研究者は、ZNF263がほとんどの細胞型を通じてヘパリン生合成のアクティブなリプレッサーであるように見え、ZNF263がこれらの細胞で抑制されているため、マスト細胞はヘパリンを生成することができる。
この発見は、バイオテクノロジーにおいて重要な関連性を持つ可能性がある。 業界で使用されている細胞株（通常はヘパリンを生成できないCHO細胞など）は、マスト細胞と同様に、ZNF263を不活性化するように遺伝子組み換えすることができる。
カリフォルニア大学サンディエゴ校小児科および生物工学科のLewis 博士の研究室のプロジェクトサイエンティストであるPhilipp Spahn博士は、チームが追求しているさらなる方向性について説明した。 「我々のバイオインフォマティクス解析により、ヘパリンの生産に寄与する可能性のあるいくつかの追加の潜在的な遺伝子調節因子が明らかになり、現在、さらなる研究の対象となっている。」
この仕事は、Ryan Weiss博士とPhilipp Spahn博士が主導した。 Weiss博士は、カリフォルニア大学サンディエゴ医科大学の細胞分子医学部のEsko教授の研究室のポスドクだ。 Esko博士は、糖鎖生物学研究およびトレーニングセンターの共同ディレクターである。 Spahn博士は、UCサンディエゴ医学部の小児科およびUCサンディエゴジェイコブス工学部の生物工学科のLewis博士の研究室のプロジェクトサイエンティストである。
BioQuick News:Researchers Move Closer to Producing Heparin Anti-Coagulant in the Lab; UC San Diego Group Demonstrates Influence of Transcription Factor ZNF263 on Heparin Synthesis
