APRT缺陷型CHO细胞系的建立及对重组蛋白表达的影响

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背景在生物制药工业中,中国仓鼠卵巢(Chinese hamster ovary,CHO)细胞是重组药物蛋白生产应用最为广泛的哺乳动物细胞表达系统。CHO细胞克隆之间转基因表达水平的差异,导致重组蛋白表达的不稳定性(异质性)成为突出的问题。腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adenine phosphoribosyltransferase,APRT)作为生物体内ATP合成中嘌呤补救途径的关键酶,不仅参与生物体嘌呤的合成代谢,还对基因沉默引起的基因表达具有重要的影响。因此,本研究通过基因编辑并筛选获得aprt基因敲除的CHO细胞系及研究其对重组蛋白表达的影响,以期最终建立一个基于APRT缺陷型细胞系的高效表达目的蛋白的基因扩增系统。目的采用CRISPR/Cas9基因编辑(gene editing)技术,敲除CHO细胞的aprt基因并筛选获得APRT缺陷型CHO细胞系,研究缺陷型细胞对重组蛋白表达的影响。方法(1)Aprt基因敲除及验证:根据CHO细胞aprt基因组序列设计并合成sg RNA,采用CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除aprt基因,利用PCR扩增、测序和实时荧光定量PCR等方法鉴定基因敲除是否成功。(2)APRT缺陷型CHO细胞生物学特性验证:通过观察细胞形态和生长状态,进行生物学特性验证缺陷型CHO细胞系能否进行正常的生长和传代。即分别采用CCK-8法和倍增时间计算,检测缺陷型细胞的增殖情况;流式细胞术检测缺陷型细胞的凋亡情况。(3)重组蛋白真核表达载体的构建:以本实验室构建的表达报告基因增强型绿色荧光蛋白(enhanced green fluorescence protein,e GFP)真核表达载体为基础载体,在e GFP表达盒上游插入含有SV40启动子弱化或(和)aprt基因起始密码子突变的APRT表达盒,分别命名为弱化表达载体和突变表达载体;相应的目的蛋白真核表达载体是将e GFP分别替换为人玻连蛋白(human vitronectin,VN)或阿达木单抗(adalimumab,ADM)基因序列。将构建好的上述真核表达载体分别转染野生型和APRT缺陷型CHO细胞并筛选获得稳定转染的细胞池(cell pool)。(4)重组蛋白表达分析:转染筛选获得重组CHO-e GFP细胞池传代培养60代并用流式细胞术检测e GFP表达的平均荧光强度(mean fluorescence intensity,MFI),比较不同实验组e GFP的表达稳定性。转染筛选获得重组CHO-VN、CHO-ADM细胞池,并通过Western Blot比较不同实验组重组蛋白的表达量。结果(1)PCR扩增、测序和实时荧光定量PCR等检测结果表明,aprt基因DNA片段缺失141 bp,成功敲除CHO细胞aprt基因。(2)与野生型CHO细胞,获得的APRT缺陷型CHO细胞系,在细胞形态、细胞增殖和凋亡以及细胞的倍增时间无显著区别(野生型:17.69±0.3 h,APRT缺陷型:17.99±0.2 h)(P>0.05)。这些结果表明,aprt基因的敲除对CHO细胞的生物学特性无明显影响。(3)瞬时转染和稳定转染的细胞池检测结果表明,与重组野生型CHO细胞相比,e GFP在重组APRT缺陷型CHO细胞系中的表达显著提高(P<0.05)。(4)长期传代培养结果表明,在杀稻瘟菌素加压或不加压的情况下,转染弱化载体或突变载体的缺陷型细胞能够显著提高e GFP蛋白的表达量(P<0.05)。其中,转染突变载体的缺陷型细胞的e GFP表达量最高,其MFI是转染对照载体的野生型细胞的2.02倍。转染突变载体的两组重组CHO细胞表达e GFP较为稳定,e GFP蛋白的长期表达维持率均高于70%。(5)重组目的蛋白VN和ADM在缺陷型CHO细胞中的表达量均高于对照野生型CHO细胞。结论(1)通过CRISPR/Cas9基因编辑技术建立了APRT缺陷型CHO细胞系,缺陷型细胞系与野生型CHO细胞在生物学特性方面无显著差异。(2)获得的APRT缺陷型CHO细胞系能够显著提高重组蛋白表达水平和表达稳定性,为最终建立高效稳定的CHO细胞表达系统提供了一种有效的基因工程策略。
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