基于可降解谷氨酰胺合酶变体的蛋白稳态工程实现高产CHO细胞株高效筛选

《Applied Microbiology and Biotechnology》：Proteostasis engineering of glutamine synthetase for stringent, drug-free selection in Chinese hamster ovary cells

　　

摘要

高效筛选能高产量生产治疗性蛋白的细胞株是生物技术领域面临的一项重大挑战。谷氨酰胺合酶（GS）为基础的筛选系统广泛应用于中国仓鼠卵巢（CHO）细胞中，但由于GS蛋白固有的稳定性，该系统在分离稀有的高产克隆方面存在局限性。这种稳定性降低了筛选严格性，使生产力次优的细胞得以存活。为克服这一局限，我们设计了融合模块化降解序列的GS变体，以主动调控蛋白降解和胞内GS水平。该策略通过控制蛋白稳定性而非依赖转录或翻译调控来增加筛选压力。在表达报告蛋白或依那西普（ETN）的CHO细胞中，不稳定的GS（dGS）变体选择性地富集了产量显著提高的细胞群体。分子分析表明，这些改善是由单拷贝mRNA丰度增加所驱动，而非基因拷贝扩增。表现最优的dGS细胞群体在摇瓶批次培养中实现了870 mg/L的依那西普滴度，并在连续80天的传代过程中保持了稳定的生产水平。值得注意的是，这些结果是在无需化学筛选剂或大规模基因扩增的条件下获得的。综合而言，本研究证明蛋白稳态工程——通过调控蛋白合成与降解之间的平衡——能够实现高严格性、无药物依赖的高产细胞株筛选。该方法有望加速细胞株开发并降低生物制药生产中的制造复杂性。

要点

• 可降解GS变体通过加速GS蛋白周转来提高筛选严格性。

• 可降解GS筛选通过提高单拷贝转录本输出量来富集高产细胞。

• 无药物依赖的dGS细胞群体在批次培养中实现了870 mg/L的依那西普滴度。