La protéine humaine recombinante est une protéine humaine produite à partir d’ADN cloné. Cela permet à un scientifique d’en exprimer de grandes quantités. Une telle surexpression a été d’une grande utilité pour la médecine moderne, permettant la production de médicaments à base de protéines humaines qui n’ont pas d’autre source. Elle a également permis de grandes avancées dans la compréhension de la fonction et de la biologie des protéines humaines.
Un exemple de protéine humaine recombinante qui n’a pas d’autre source est le médicament anti-anémie appelé érythropoïétine. Cette hormone contrôle la production de globules rouges. Il est utilisé pour traiter l’anémie provenant de diverses sources, y compris les maladies rénales chroniques et le cancer. L’érythropoïétine a également été utilisée comme médicament d’amélioration de la performance par les athlètes.
D’autres protéines peuvent être isolées naturellement, mais il est beaucoup plus facile d’en obtenir de grandes quantités par expression protéique à partir d’ADN cloné. Un exemple est l’hormone de croissance humaine, qui est actuellement obtenue à des fins thérapeutiques par des techniques recombinantes. La méthode traditionnelle d’isolement des cadavres entraînait parfois la transmission de maladies. L’insuline est un autre médicament qui est utilisé comme protéine humaine recombinante. La plupart de l’insuline utilisée par les patients est obtenue de cette manière.
La production de protéines à partir de gènes clonés est possible, car les gènes peuvent être clonés dans des vecteurs d’expression. Ce sont des unités spécialisées d’ADN qui sont conçues pour produire de grandes quantités de protéines à l’aide de promoteurs spécialisés. Ces promoteurs dirigent la production de la séquence du gène cloné. Des kits personnalisés sont disponibles pour le clonage et l’expression des protéines.
Des cellules hôtes spécialisées sont nécessaires pour la production d’une protéine humaine recombinante. Il peut s’agir de cellules bactériennes ou de levures. Certaines protéines nécessitent des modifications particulières, telles que l’introduction de sucres, et sont exprimées dans des lignées cellulaires plus avancées, comme des lignées cellulaires de mammifères ou d’insectes.
Pour les cellules bactériennes, les protéines seront à l’intérieur des cellules, nécessitant une extraction et une purification des protéines pour les séparer des protéines bactériennes. Ceci est facilité par des techniques spéciales qui font partie du processus de clonage. Par exemple, des sites de liaison spécialisés peuvent être clonés pour permettre à la protéine de se lier à une matrice et d’être facilement éluée. Cela peut économiser des années de développement de méthodes de purification des protéines. Des protéines humaines recombinantes exprimées dans des lignées cellulaires de mammifères sont fréquemment sécrétées dans les milieux, facilitant leur isolement et leur purification.
Avoir les gènes des protéines disponibles sous forme de clones permet à un scientifique de fabriquer des protéines personnalisées, en les modifiant pour avoir les propriétés souhaitées. Par exemple, certaines insulines recombinantes ont été génétiquement modifiées pour avoir des effets différents sur le corps. La capacité de modifier ces protéines est très utile dans la recherche biologique.
Pouvoir exprimer une protéine humaine recombinante a révolutionné la recherche biomédicale. Lorsqu’un scientifique a cloné un gène, il peut le comparer à une énorme base de données de séquences génétiques connues. Si le gène a une séquence très similaire à une séquence d’un gène de fonction connue, il peut prédire la fonction de ce gène. Cette connaissance suggère quelles expériences effectuer avec le produit du gène, qui est souvent une protéine. Parfois, il n’y a pas d’homologie avec d’autres séquences de gènes, et le scientifique n’a aucune idée de la fonction du gène.
L’expression du produit du gène permet à un scientifique de déterminer la fonction du gène à l’aide de techniques biochimiques. Cela peut lui permettre d’identifier la fonction du gène. De plus, il peut faire des expériences avec l’ARN messager (ARNm) produit directement à partir du gène et déterminer dans quelles conditions et dans quels tissus le gène est exprimé. Cette connaissance permet d’affiner la recherche de la fonction du gène et de savoir s’il code pour une protéine.
Si un scientifique connaît la fonction d’une protéine, la surexpression peut fournir de grandes quantités de la protéine pour étudier ses propriétés biochimiques. Il ou elle peut faire des mutations ciblées et voir quels effets elles ont sur les propriétés de la protéine. Une autre raison pour obtenir de grandes quantités de protéines est de cristalliser la protéine et d’étudier sa structure tridimensionnelle. La biochimie des protéines peut être difficile à réaliser dans n’importe quel système, mais elle était particulièrement difficile à faire avec les protéines humaines avant l’avènement des protéines humaines recombinantes.