Procédés de production de protéines recombinantes thérapeutiques : vers une maîtrise de la glycosylation

En 2009, plus de 150 protéines recombinantes, dites « biopharmaceutiques », ont obtenu une autorisation de mise sur le marché délivrée par la Food and Drug Administration (FDA) et l'European Agency for the Evaluation of Medicinal Products (EMEA). Parmi ces protéines, 76 ont été produites à partir de cellules de mammifère. Nonobstant des concentrations de protéines produites largement supérieures et des contraintes de mise en œuvre beaucoup moins importantes, les systèmes d'expression bactériens n'autorisent pas les modifications posttraductionnelles (MPT) complexes, contrairement aux cellules animales et de mammifère en particulier. Parmi ces MPT, la glycosylation est la plus importante ; elle est présente sur plus de 50 % des protéines chez l'homme et confère aux protéines qui les portent des propriétés fonctionnelles, structurales et pharmaco-cinétiques. Alors que la glycosylation n'est pas assurée avec les systèmes bactériens ou l'est partiellement par les levures ou les cellules d'insecte, les cellules de mammifère et plus particulièrement la cellule CHO se sont progressivement imposées comme les hôtes d'expression de choix pour la production de protéines recombinantes complexes d'intérêt thérapeutique. Outre la glycosylation, la production de protéines par ce système cellulaire présente l'avantage de pouvoir généralement assurer d'autres MPT importantes, parmi lesquelles la sulfatation ou encore la protéolyse.

L'objectif de cet article est de décrire, après quelques généralités, les différents systèmes cellulaires utilisés par l'industrie des biotechnologies ainsi que les principales caractéristiques qualitatives des protéines recombinantes. L'accent est tout particulièrement porté sur les modifications posttraductionnelles et en premier lieu la glycosylation. La description des mécanismes cellulaires impliqués dans la glycosylation des protéines, des différents modes de production ainsi que du choix des paramètres opératoires représente un socle de connaissances essentielles à la mise en œuvre de nouveaux procédés de production ou à l'amélioration ciblée de procédés déjà existants.