Rapid, simple and high yield production of recombinant proteins in mammalian cells using a versatile episomal system.

Many research projects in life sciences require purified biologically active recombinant protein. In addition, different formats of a given protein may be needed at different steps of experimental studies. Thus, the number of protein variants to be expressed and purified in short periods of time can expand very quickly. We have therefore developed a rapid and flexible expression system based on described episomal vector replication to generate semi-stable cell pools that secrete recombinant proteins. We cultured these pools in serum-containing medium to avoid time-consuming adaptation of cells to serum-free conditions, maintain cell viability and reuse the cultures for multiple rounds of protein production. As such, an efficient single step affinity process to purify recombinant proteins from serum-containing medium was optimized. Furthermore, a series of multi-cistronic vectors were designed to enable simultaneous expression of proteins and their biotinylation in vivo as well as fast selection of protein-expressing cell pools. Combining these improved procedures and innovative steps, exemplified with seven cytokines and cytokine receptors, we were able to produce biologically active recombinant endotoxin free protein at the milligram scale in 4-6weeks from molecular cloning to protein purification.

Comparative functional analysis of two fibroblast growth factor receptor 1 (FGFR1) mutations affecting the same residue (R254W and R254Q) in isolated hypogonadotropic hypogonadism (IHH).

FGFR1 mutations have been identified in both Kallmann syndrome and normosmic HH (nIHH). To date, few mutations in the FGFR1 gene have been structurally or functionally characterized in vitro to identify molecular mechanisms that contribute to the disease pathogenesis. We attempted to define the in vitro functionality of two FGFR1 mutants (R254W and R254Q), resulting from two different amino acid substitutions of the same residue, and to correlate the in vitro findings to the patient phenotypes. Two unrelated GnRH deficient probands were found to harbor mutations in FGFR1 (R254W and R254Q). Mutant signaling activity and expression levels were evaluated in vitro and compared to a wild type (WT) receptor. Signaling activity was determined by a FGF2/FGFR1 dependent transcription reporter assay. Receptor total expression levels were assessed by Western blot and cell surface expression was measured by a radiolabeled antibody binding assay. The R254W maximal receptor signaling capacity was reduced by 45% (p<0.01) while R254Q activity was not different from WT. However, both mutants displayed diminished total protein expression levels (40 and 30% reduction relative to WT, respectively), while protein maturation was unaffected. Accordingly, cell surface expression levels of the mutant receptors were also significantly reduced (35% p<0.01 and 15% p<0.05, respectively). The p.R254W and p.R254Q are both loss-of-function mutations as demonstrated by their reduced overall and cell surface expression levels suggesting a deleterious effect on receptor folding and stability. It appears that a tryptophan substitution at R254 is more disruptive to receptor structure than the more conserved glutamine substitution. No clear correlation between the severity of in vitro loss-of-function and phenotypic presentation could be assigned.

Clinical proteomics : a focus on transformed human T and B lymphocytes

Résumé large public La protéomique clinique est une discipline qui vise l'étude des protéines dans un but diagnostique ou thérapeutique. Nous avons utilisé cette approche pour étudier les lymphocytes T «tueurs » ou cytotoxiques qui font partie des globules blancs du système sanguin et agissent dans la lutte contre les infections et les tumeurs. Ces cellules sont impliquées dans l'immunothérapie cellulaire qui se fonde sur la capacité naturelle des ces lymphocytes à repérer les cellules tumorales et à les détruire. L'introduction du gène de la télomérase dans les lymphocytes T résulte en une prolongation de leur longévité, ce qui en ferait des candidats intéressants pour l'immunothérapie cellulaire. Il subsiste cependant des doutes quant aux conséquences de l'utilisation de ces lymphocytes «immortalisés ». Pour répondre à cette question, nous avons comparé le profile protéique de lymphocytes T cytotoxiques «jeunes » et vieux » avec celui des lymphocytes «immortalisés ». Nous avons trouvé que ces derniers présentent une double face et partagent à la fois les caractéristiques de la jeunesse et de la vieillesse. Dans une seconde étude de protéomique clinique, nous nous sommes penchés sur les lymphocytes B «immortalisés » cette fois-ci non pas avec la télomérase, mais avec le virus d'Epstein-Barr. Ces derniers sont utilisés comme modèle dans l'étude de la leucodystrophie, une maladie génétique rare qui affecte le cerveau. Notre but est d'identifier des marqueurs biologiques potentiels qui pourraient aider le diagnostic et le traitement de cette maladie neurodégénérative. Nous avons pour ce faire comparé les profiles protéiques des lymphocytes B «immortalisés » provenant d'individus sains et malades. Malheureusement, notre analyse n'a pas révélé de différences notoires entre ces deux classes de lymphocytes. Ceci nous permet toutefois de conclure que la maladie n'affecte pas la synthèse des protéines de manière prépondérante dans ces cellules sanguines. En résumé, le travail présenté dans cette thèse montre à la fois le potentiel et les limites de l'analyse des protéines lymphocytaires, dans différentes situations biologiques. Résumé La protéomique clinique ouvre la porte vers de multiples horizons relatifs au traitement de diverses maladies. Ce domaine particulier alliant la protéomique à la médecine, implique l'intervention de la biologie moléculaire et cellulaire. Dans notre étude, nous nous sommes d'abord intéressés aux lymphocytes T CD8+ cytotoxiques dans le contexte de l'immunothérapie adoptive. Le fondement de cette thérapie repose sur la capacité naturelle de ces lymphocytes à reconnaître les cellules tumorales et à les détruire chez les patients atteints de cancer. L'introduction du gène de la transcriptase réverse de la télomérase (hTERT) dans les lymphocytes T humains permet de rallonger leur durée de vie, sans toutefois induire d'altérations liées à la transformation. Cependant, des incertitudes subsistent quant à la ressemblance physiologique et biochimique entre ces cellules surexprirnant la télomérase et les cellules normales. Afin de répondre à cette question, nous avons comparé l'expression des protéines de lymphocytes humains T CD8+ «jeunes » et «vieux »avec celle de lymphocytes transduits avec hTERT. Nous avons trouvé que les lymphocytes T surexprimant la télomérase ont un profile protéique intermédiaire, avec certaines expressions protéiques similaires aux jeunes cellules T et d'autres se rapprochant des cellules vieilles. Dans la seconde partie de notre étude, nous nous sommes intéressés aux lymphocytes B transformés avec le virus d'Epstein-Barr provenant de patients atteints d'une maladie génétique rare du cerveau, la leucodystrophie. Dans cette maladie, des mutations dans le facteur de transcription eIF2B, impliqué dans la synthèse protéique, ont été trouvées. Afin d'analyser les conséquences de ces mutations et de trouver des biomarqueurs spécifiques à cette maladie, nous avons effectué une analyse protéomique des lymphoblastes provenant de malades et d'individus sains. Nous avons trouvé que les mutations dans le complexe ubiquitaire eIF2B n'affectent pas de manière significative l'expression des protéines des lymphoblastes mutés. En conclusion, notre travail illustre le potentiel et les limitations des technologies protéomiques utilisées pour disséquer l'implication des protéines dans différentes situations biologiques. Summary Clinical proteomics opens the door to multiple applications related to the treatment of diseases. This particular field is at the crossroad of proteomics and medicine and involves tools from cellular and molecular biology. We focused first our investigations on cytotoxic T cells in the context of adoptive immunotherapy, which is an interesting and evolving field. The basis of this therapy relies on the natural capacity of cytotoxic CD8+ T lymphocytes in recognizing tumor cells and destroying them in cancer patients. As their number is reduced, the idea would be to use transformed T lymphocytes with extended life span. Overexpression of telomerase into human T lymphocytes results in the extension of their replicative life span, but it still remains unclear whether these cells are physiologically indistinguishable from normal ones. To address this question, we compared the proteome of young and aged CD8+ T lymphocytes with that of T cells transduced with hTERT and found that the latter cells displayed an intermediate protein pattern, sharing similar protein expression with young, but also with aged T cells. We were then interested in studying Epstein-Barr virus transformed B lymphocytes in the context of a rare human brain genetic disorder called leukodystrophy. In this disease, mutations in the ubiquitous factor eIF2B involved in protein synthesis and its regulation have been reported. In order to analyze the functional consequences of the mutations and to find out specific biomarkers of eIF2B-related disorders, proteomic and peptidomic studies were carried out on lymphoblasts from eIF2Bmutated patients versus healthy patients. Following two-dimensional gel electrophoresis and mass fingerprints, mutations in the eIF2B complex did not appear to significantly affect the proteome of the mutated lymphoblasts extracts. To conclude, our work emphasizes the potentials and the limitations of the proteomic technologies used to analyze the role of lymphocyte proteins in different biological situations.