导读:构建高产细胞株的基本步骤为转染-筛选-扩增-单克隆化-筛选-驯化。
首先,通过质粒将目的蛋白的编码基因导入到细胞内。质粒上除了目的基因外还带有抗性基因,比如抗生素抗性基因。这样在转染后就可以利用选择压力富集整合质粒的细胞。在哺乳动物细胞中质粒不能进行复制,未整合到基因组中的质粒随着细胞分裂逐渐丢失。在一段时间的选择压力后,所有存活下来的细胞基因组中都整合了外源质粒。
获得了一系列整合了外源基因的稳定细胞后,接下来就需要从中筛选出表达量zui高的克隆。zui常用的方法是检测96孔细胞培养板中蛋白的浓度;另外一个方法是让细胞在软琼脂上生长形成集落,然后利用原位免疫沉淀技术获得高产细胞。近年来,发展起来的高通量自动化筛选技术也被受关注。
为实现克隆的高表达,在有些情况下外源基因扩增,比如以CHO用作宿主细胞;有些情况则不需要,比如杂交瘤细胞。为了实现外源基因的扩增,将细胞在高浓度的扩增标记(比如dhfr)抑制剂的压力下生长。细胞存活需要扩增标记。高浓度的抑制剂能够杀死除拥有多个扩增标记基因以外的绝大多数细胞。在标记基因扩增的过程中,与它相邻的基因也随之发生扩增。基因拷贝数的增加导致转录和翻译水平的提高。在这个过程中,某些高产细胞株重组IgG重链的转录水平成为细胞内zui高。另一方面,过高的蛋白表达可能会超过细胞内蛋白折叠的限度,内质网中发生未折叠蛋白效应导致细胞凋亡。因此没有建立起与高表达相匹配的其它结构的细胞可能不能存活。
基因扩增后的细胞既含有多个拷贝的外源基因,能高水平的表达目的基因和抗性基因,还具备了强大的蛋白分泌能力。除此之外,高产细胞株还应具备高密度培养和能维持较长平台期的能力。
基因扩增后的细胞可以视为一个细胞“Pool”,其中含有众多不同遗传背景的细胞,或是基因插入位点的不同,或是扩增程度的不同等等。因此基因扩增后下一步是细胞的单克隆化。单克隆化是利用流式细胞仪或有限稀释法或其他自动化方式(0.2个细胞/孔)将细胞接种到多孔板中??梢匀衔幽骋惶囟桌锍こ龅南赴际怯稍缙诘囊桓鱿赴至讯?,他们在遗传上是同源的。
单克隆化后需要对获得的细胞株进行初步的评价。主要包括生长特性,产品质量的评价。有些情况下需要将细胞驯化到更接近生产模式的条件下,进行培养。
单克隆化细胞株构建过程中的关机环节。通常不管是否进行基因扩增都应进行细胞的单克隆化。尽管用于构建细胞株的宿主细胞都是非整倍体,倾向于进行基因组重排和表观遗传学的改变;但是单克隆化获得的细胞在同源性上远高于细胞“Pool”。从单个细胞开始到生产环节结束,细胞大概需要进行60次分裂;如果算上整个产品的市场寿命,细胞至少需要80次分裂。通过单克隆化可以防止zui初细胞“Pool”里发生突变或产量低细胞成为优势群体,逐渐取代高产细胞,导致细胞不稳定。
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