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:
    7627951
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 32.56万
  • 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

DESCRIPTION (provided by applicant): 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 alpha and beta rHb chains with the newly discovered erythroid chaperone, alpha hemoglobin stabilizing protein (AHSP); and (3) facilitating rapid incorporation of exogenously 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.
描述(由申请人提供):我们的长期目标是开发重组人血红蛋白 (rHb) 作为制造所有基于球蛋白的 O2 输送药物的起始材料。我们已经确定了基于 rHb 的血液替代品的关键要求:(a) 中等的 O2 亲和力和大的 O2 解离速率常数,以便在毛细血管中有效运输; (b) 显着降低 NO 清除率,以预防高血压副作用; (c) 抵抗自身和化学诱导的氧化以抑制氧化应激; (d) 血红素解离率低,可延长保质期。我们利用控制这些特性的机制来设计第二代基于细胞外 rHb 的血液替代品,在临床前动物研究中具有更有效的 O2 运输并且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,以增强对变性的抵抗力、提高表达产量并降低生产成本。我们建议通过以下方法解决这些问题:(1) 优化 O2 与人 rHb 的结合以及人 rHb 的 NO 清除,而不损害珠蛋白稳定性和对降解反应的抵抗力; (2)通过(a)合理和比较诱变以增加脱辅基蛋白对解折叠的抗性以及(b)与新的α和βrHb链共表达,改善大肠杆菌中重组血红蛋白的稳定性并增强其产量。发现红系伴侣、α血红蛋白稳定蛋白(AHSP); (3)通过rHb与志贺邻单胞菌和相关病原体的血红素利用基因(hug)的共表达,促进外源添加的血红素快速掺入新合成的球蛋白中。公共卫生:我们正在开发重组人血红蛋白,以取代捐献的血液,作为所有基于蛋白质的氧载体的来源材料,这些氧载体正在开发用于治疗严重失血,并相信这项工作应该成为国家公共卫生的优先事项。有效的基于血红蛋白的血液替代品将缓解全血的长期短缺,在军事和民用灾难后提供紧急治疗,并允许在缺乏安全血库系统的发展中国家使用输血。

项目成果

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