Design of Heme Protein-Based Blood Substitutes

基于血红素蛋白的血液替代品的设计

基本信息

  • 批准号:
    7489686
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 4.32万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    1991
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    1991-08-01 至 2011-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Our long-range goal is to develop recombinant human hemoglobin (rHb) as the starting material for manufacturing all globin-based O2 delivery Pharmaceuticals. We have established the key requirements for a rHb-based blood substitute: (a) moderate O2 affinity and large O2 dissociation rate constants for efficient transport in capillaries; (b) significantly reduced rates of NO scavenging to prevent hypertensive side effects; (c) resistance to auto- and chemically-induced oxidation to inhibit oxidative stress; and (d) low rates of heme dissociation to increase shelf-life. We have used the mechanisms governing these properties to design second-generation extracellular rHb-based blood substitutes with more efficient O2 transport and little or no hypertensive side effect in pre-clinical animal studies. However, there is a clear need to engineer third-generation, non-vasoactive rHbs with increased resistance to denaturation, enhanced expression yields, and reduced production costs. We propose to solve these problems by: (1) optimizing O2 binding to and NO scavenging by human rHb without compromising globin stability and resistance to degradative reactions; (2) improving the stability and enhancing production of recombinant hemoglobin in E. coli by (a) rational and comparative mutagenesis to increase the resistance of the apoprotein to unfolding and (b) co- expression of the a and (3 rHb chains with the newly discovered erythroid chaperone, alpha hemoglobin stabilizing protein (AHSP); and (3) facilitating rapid incorporation of exogeneously added heme into newly synthesized globins by co-expression of rHb with the heme utilization genes (hug) from Plesiomonas shigelloides and related pathogens. PUBLIC HEALTH: We are developing recombinant human hemoglobin to replace donated blood as the source material for all protein-based oxygen carriers that are being developed for the treatment of severe blood loss and believe that this effort should be a national public health priority. An effective hemoglobin- based blood substitute will alleviate chronic shortages of whole blood, provide emergency treatment following military and civilian disasters, and allow the use of transfusions in developing countries lacking a safe blood banking system.
我们的长期目标是开发重组人血红蛋白 (rHb) 作为起始材料 制造所有基于球蛋白的 O2 输送药品。我们制定了关键要求 基于 rHb 的血液替代品:(a) 中等 O2 亲和力和大 O2 解离速率常数,可实现高效 毛细血管中的运输; (b) 显着降低 NO 清除率,预防高血压副作用 影响; (c) 抵抗自身和化学诱导的氧化以抑制氧化应激; (d) 低利率 血红素解离以延长保质期。我们已经使用控制这些属性的机制来 设计第二代基于 rHb 的细胞外血液替代品,具有更有效的 O2 运输和 临床前动物研究中很少或没有高血压副作用。然而,显然需要设计 第三代非血管活性 rHb,具有增强的抗变性能力和增强的表达能力 产量,并降低生产成本。我们建议通过以下方式解决这些问题:(1)优化O2结合 人类 rHb 清除 NO 和 NO,而不损害珠蛋白稳定性和抗降解性 反应; (2)通过(a)提高重组血红蛋白在大肠杆菌中的稳定性并提高其产量 合理和比较诱变以增加脱辅基蛋白对解折叠的抗性和(b)共- 表达 a 和 (3 rHb 链以及新发现的红细胞伴侣,α 血红蛋白 稳定蛋白(AHSP); (3)促进外源添加的血红素快速掺入新的血红素中。 通过 rHb 与来自邻单胞菌的血红素利用基因 (hug) 共表达合成球蛋白 志贺氏菌及相关病原体。 公共卫生:我们正在开发重组人血红蛋白,以替代捐赠的血液作为 正在开发用于治疗严重疾病的所有蛋白质氧载体的源材料 失血,并认为这项努力应该成为国家公共卫生的优先事项。有效的血红蛋白—— 基于血液替代品将缓解全血的长期短缺,提供紧急治疗 军事和民事灾难发生后,并允许在缺乏输血的发展中国家使用输血 安全的血库系统。

项目成果

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