CHO细胞重组蛋白表达失稳的DNA甲基化-H3K9me3协同作用及机制
批准号:
32071468
项目类别:
面上项目
资助金额:
57.0 万元
负责人:
贾岩龙
依托单位:
学科分类:
应用生物技术
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
贾岩龙
中文摘要
利用中国仓鼠卵巢(CHO)细胞生产重组药物蛋白,保持细胞传代培养过程中重组蛋白表达稳定性、避免表达量降低是目前亟待解决的问题。申请者前期建立的DNA甲基转移酶Dnmt3a、3b缺陷型CHO细胞系能够显著改善重组蛋白表达失稳性,但仍存在启动子差异引起的稳定异质性,其原因及机制尚未阐明。组蛋白H3K9三甲基化(H3K9me3)也是导致基因转录沉默发生的关键因素,与DNA甲基化存在着密切联系。我们提出重组蛋白表达失稳的“DNA甲基化-H3K9me3协同作用”假说。本项目拟在前期研究的基础上,分析重组蛋白表达时DNA甲基化、H3K9me3表观遗传修饰的协同作用;ChIP-seq高通量测序筛选协同作用关键因子;采用基因过表达或基因敲除研究关键因子对CHO细胞重组蛋白表达不稳定性的影响。本项目对于阐明影响重组蛋白表达失稳的分子机制和建立高效稳定表达的CHO细胞系统具有重要的理论意义和应用价值。
英文摘要
It is an urgent issue to maintain the expression stability and to avoid the decrease of recombinant protein produced by Chinese hamster ovary (CHO) cells. In our previous study, the DNA methyltransferase Dnmt3a- or 3b-deficient CHO cell lines established by gene knockout can significantly improve the expression instability of the recombinant protein. However, there are still stable heterogeneity caused by different promoters, and the reason and the underlying mechanism have not been clarified. Trimethylation of histone H3K9 (h3k9me3) is also a key factor of gene transcription silencing, which is closely related to DNA methylation. Therefore, we propose the hypothesis of "synergistic effect of DNA methylation-H3K9 trimethylation" on the expression instability of recombinant protein. Based on previous studies, we plan to investigate the synergistic effect of DNA methylation and H3K9me3 via epigenetic modification on the recombinant protein expression; to screen and identify the key factors involved in the process of DNA methylation and H3K9me3 by high-throughput ChIP-seq; the influence of key factors on the expression instability of recombinant protein in CHO cells will be studied through gene overexpression or gene knockout. Our study will provide a novel strategy for theoretical basis and application basis for elucidating the epigenetic molecular mechanism related to the expression instability of recombinant protein and establishing a new high-efficient and stable CHO cell expression system.
在生物制药领域,中国仓鼠卵巢(CHO)细胞作为重组治疗性蛋白生产的核心平台,长期面临传代过程中重组蛋白表达失稳的关键瓶颈。尽管DNA甲基转移酶Dnmt3a缺陷型CHO细胞系的构建已部分缓解表达稳定性问题,但表观遗传调控中组蛋白修饰与DNA甲基化的协同机制尚未明晰。本研究聚焦组蛋白甲基转移酶SETDB1和SUV39H1对重组蛋白稳定性的调控作用,结合基因编辑、小分子抑制剂干预及双靶点表观调控策略,系统解析DNA甲基化与组蛋白H3K9me3修饰的协同作用机制,旨在为优化CHO细胞表达系统提供新思路。研究通过RNA-seq筛选发现,重组抗体高、低表达CHO细胞株中差异基因显著富集于组蛋白修饰通路,其中组蛋白H3K9甲基化转移酶SETDB1和SUV39H1在低表达株中呈显著高表达,且与目的蛋白表达呈负相关。利用shRNA敲低SETDB1后,重组阿达木单抗(rADM)和重组人血清白蛋白(rHSA)的比产率(qP)分别提升1.6倍和1.3倍;rADM总浓度由9.50 μg/mL增加至12.53 μg/mL,rHSA浓度提高136%,并证实SETDB1敲低通过降低H3K9me3水平增强转录活性;SETDB1小分子抑制剂DZNep(10μM)进一步验证其调控靶点,并使rADM产量提升3倍至10.1 μg/mL。SUV39H1的敲低显著降低H3K9me3修饰水平,rADM和rHSA表达分别提高45%和136%,且不影响细胞增殖特性。此外,新型双靶点(组蛋白脱乙酰酶HDAC/组蛋白赖氨酸特异性去甲基化酶1LSD1)抑制剂I-4(2 μM)通过抑制HDAC5并上调H3K9Ac和H3K4me2修饰水平,使rADM产量提升1.94倍,qP增加2.43倍。特别是基于CRISPR/Cas9构建的SETDB1和Dnmt3b缺陷型细胞系在连续传代30代后仍维持高表达稳定性,为解决长期表达失稳问题提供了稳定宿主平台。本研究揭示组蛋白甲基化(SETDB1/SUV39H1-H3K9me3)与DNA甲基化的协同调控作用,证实靶向表观遗传修饰可有效提升重组蛋白表达效率及稳定性。通过研发基因编辑细胞系与新型小分子抑制剂,从表观调控角度为CHO细胞表达系统细胞工程开发提供了新策略,也为CHO细胞工业化生产体系优化提供了理论依据与研究基础。
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