مكانيسم‌هاي افزايش توليد پروتيين‌هاي نوتركيب در كلروپلاست گياهان

Mechanisms to Increase the Production of Recombinant Proteins in Plant Chloroplasts

توليد پروتيين‌هاي ارزشمند دارويي و مهم كاربردي در حجم انبوه و ارزان از طريق گياهان، زراعت مولكولي نام دارد. زراعت مولكولي و توليد پروتيين‌هاي نوتركيب در گياهان تراريخت كلروپلاستي در ايران با موفقيت‌هاي ارزشمندي همراه بوده است كه توليد پروتيين‌هاي دارويي انسولين، اينترفرون گاما، فعال كننده‌ي پلاسمينوژن بافتي و ... نمونه‌هايي از اين موفقيت‌ها مي‌باشند. به‌دليل نياز روز افزون به پروتيين‌هاي نوتركيب، انتخاب يك سيستم بياني مناسب براي توليد آن‌ها حايز اهميت است. مهندسي ژنوم كلروپلاست به دليل داشتن مزاياي بسيار، يكي از روش‌هاي مناسب براي توليد پروتيين‌هاي نوتركيب مي‌باشد. به منظور دستيابي به سطوح بالاي پروتيين‌هاي نوتركيب در اندامك كلروپلاست بايستي با توجه به سيستم رونويسي، ترجمه و تغييرات پس از ترجمه در اين اندامك به نحوي كارآمد از پتانسيل‌هاي بياني آن بهره گرفت. از جمله راه‌كارهاي افزايش ميزان پروتيين خارجي در كلروپلاست مي‌توان به درج ژن در محل مناسب در ژنوم كلروپلاست، استفاده از راه‌انداز قوي، استفاده از توالي‌هاي تنظيمي مناسب در انتهاي ?5 و ?3 ژن‌هاي ورودي، بهينه‌‌سازي كدوني و استفاده از عوامل افزايش‌دهنده پايداري پروتيين نظير چاپرون‌ها و پروتيين‌هاي فيوژن اشاره كرد. بر اساس يافته‎هاي اخير در زمينه توليد پروتيين‌هاي نوتركيب و زراعت مولكولي، در اين مقاله تلاش گرديده تا ضمن معرفي مختصر كلروپلاست و ژنوم آن، مكانيسم‌هاي افزايش ميزان پروتيين‌هاي نوتركيب در گياهان تراريخت كلروپلاستي مورد بحث و بررسي قرار گيرد.

Molecular farming is the use of plants to produce valuable pharmaceutical proteins in the bulky and cost-effective manner. Molecular farming and the production of recombinant proteins (such as insulin, interferon-gamma, tissue plasminogen activator, etc.) in transplastomic plants, has achieved a great success in Iran. Due to the growing demand for recombinant proteins, the selection of a proper expression system is very important. Chloroplast genome engineering, for its many advantages, is one of the suitable methods for the production of recombinant proteins. To achieve high levels of recombinant proteins in chloroplasts, plastid’s specific transcription, translation and post-translational modifications should be considered. Some of the strategies used for increasing of foreign proteins in chloroplast can be mentioned: gene insertion in the suitable site in chloroplast genome, use of strong promoters, appropriate regulatory sequences in the 5ʹ and 3ʹ UTRs, codon optimization, and utilization of factors enhancing protein stability such as chaperons and fusion proteins. In this article, besides a brief description about chloroplast and its genome, methods for enhancing recombinant protein production in transplastomic plants were discussed.