哺乳动物细胞中重组蛋白瞬时表达技术(TGE)的研究进展

近年来越来越多的重组蛋白,尤其是单克隆抗体,作为生物药应用于医疗。临床及实验室研究中,经常要求在短时间内生产一定量的候选蛋白供应研究需求。经典的建立稳定细胞系生产重组蛋白过程复杂冗长,而作为替代方法,瞬时基因表达技术在数周内即可生产数十至数百毫克重组蛋白,得到广泛应用。本文将总结近年来工业及学术上,在哺乳动物细胞尤其是人胚胎肾细胞(HEK293)及中国仓鼠卵巢细胞(CHO)中瞬时表达重组蛋白的一系列研究,概述瞬时表达技术在宿主细胞改造、表达载体最优化设计、瞬时转染条件等方面的研究进展,并展望其未来发展方向。     

生产重组蛋白的植物表达系统

作为高附加值重组蛋白生产平台,由于在成本和安全性方面的优势,植物已成为继微生物、哺乳动物等表达系统之后,获得广泛认同的极具潜力的蛋白表达系统。植物表达系统主要包括转基因植株,叶绿体转化植物,瞬时表达系统,细胞悬浮培养。综述了这些表达系统生产重组蛋白的产量和质量,尤其是各种表达系统的优缺点。     

用于重组蛋白生产的哺乳动物细胞表达新技术

近年来,用于重组蛋白生产的哺乳动物细胞表达领域涌现出一系列革命性的新技术。优化的工程细胞为表达重组蛋白提供了优良的宿主;基于荧光的筛选方法可以快捷地得到高表达细胞株;高通量的培养工艺能够预测适合外源蛋白表达的细胞培养条件;可抛弃式生物反应器为大规模细胞培养提供了更多的选择;大规模瞬时表达技术节省了重组蛋白的生产时间。这些新技术提高了重组蛋白的研发和生产效率,加快了蛋白药物的工业化进程。     

CHO细胞表达系统研究进展

CHO细胞表达系统是目前重组糖蛋白生产的首选系统。随着无血清悬浮培养技术、基因工程技术和大规模培养技术的应用和不断发展,CHO细胞表达系统已经成为生物技术药物最重要的表达或生产系统,并被广泛应用于抗体、重组蛋白药物和疫苗等产品的研发和生产中。近年来,针对CHO细胞表达系统在某些重组蛋白的表达和大规模生产中存在的不足,研究者们通过利用基因工程技术手段,结合重组蛋白表达机制的研究成果,为优化和应用CHO细胞表达系统做出了不懈努力。从培养基的优化、高产重组CHO细胞株的构建、大规模培养三个方面综述了CHO细胞表达系统的最近研究进展,以期为CHO细胞表达系统的研究与应用提供参考。     

PEI介导的大规模基因瞬时转染研究进展

基因重组蛋白具有巨大的商业和科研价值。近年来,大规模基因瞬时表达(large scale transient gene expression,TGE)技术的出现提供了一种相较于传统筛选稳定细胞株重组蛋白生产工艺而言更加高效(high efficient)和更加节约人力(labor consuming)、物力(cost effective)和时间(time consuming)的解决方案。通过基因瞬时表达技术,可以在短时间内获得毫克至克级别的在分子结构、理化特性和生物学功能等方面都接近于原始存在的蛋白质分子,可以满足细胞信号转导、新药筛选和临床前研究等药物研发前期的阶段对重组蛋白的巨大需求。因此,该技术成为当前研究的热点。阳离子聚合物-聚乙烯亚胺(PEI)是目前报道的工业化、大规模瞬时转染表达重组蛋白领域最广泛使用的基因载体和转染试剂。本文就近年来PEI介导的大规模瞬时转染的转染机理、宿主细胞选择以及转染优化措施等各方面的最新研究进展作一综述。     

比格犬ERβ1293基因真核载体的构建及其在HEK293T细胞中的表达和定位

目的 观察比格犬Myc 标签ERβ1293重组真核表达载体在HEK293T细胞中的表达及定位.方法 以pEGFP-N1-ERβ1293重组真核表达载体为模板,PCR保真酶扩增得到ERβ1293基因编码区全长.Myc标签ERβ1293重组真核载体瞬时转染HEK293T细胞,运用蛋白质印迹技术（Western blotting）和间接免疫荧光技术（indirect immunofluorescence,IF）鉴定pcDNA3.1-Myc-ERβ1293在HEK293T细胞中的表达和定位情况.结果 成功构建pcDNA3.1-Myc-ERβ1293重组真核表达载体,转染至HEK293T细胞中.Western blotting检测有蛋白条带表达,共聚焦显微镜下观察IF处理后的转染细胞,荧光定位于细胞质.结论 前期实验得到比格犬ERβ剪切异构体ERβ1293编码区序列,缺失第四外显子,导致其与配体结合能力减弱或消失,因此目的 基因编码蛋白定位在细胞中发生变化.     

人酸性调宁蛋白calponin-3与EGFP的融合表达及其细胞定位

调宁蛋白家族进化保守,广泛分布于肌细胞与非肌细胞。目前发现该蛋白家族有碱性、中性和酸性3个异构体,它们在非肌细胞中的功能尚不明确,而酸性调宁蛋白calponin-3是被研究最少的家族成员。本研究通过RT-PCR的方法从人支气管上皮细胞HBE中克隆编码calponin-3蛋白的CNN3基因,克隆至真核表达载体pEGFP-N1。重组质粒pEGFP-N1-CNN3经酶切鉴定和DNA测序正确后,用于瞬时转染细胞。Western blotting检测293T,A549和SMMC-7721细胞内重组绿色荧光融合calponin-3蛋白的瞬时表达,激光共聚焦显微镜分析calponin-3-绿色荧光融合蛋白与罗丹明-鬼笔环肽标记F-actin的细胞定位。结果表明成功构建了真核表达载体pEGFP-N1-CNN3并在293T、A549和SMMC-7721细胞中高效表达;通过绿色荧光结合免疫荧光染色确定calponin-3与F-actin共定位。成功构建calponin-3蛋白的表达载体,在细胞中瞬时表达并检测其细胞亚定位,为进一步研究calponin-3蛋白的生物学功能奠定基础。     

氯化高铁血红素诱导K562细胞中β-珠蛋白基因表达的研究

以绿色荧光蛋白（EGFP）基因为报道基因,构建了在β－珠蛋白启动子驱动及HS2元件调控下的重组表达载体HG,用脂质体转染法将其转染到K562细胞中,并用RT－PCR方法及流式细胞仪检测氯化高铁血红素（Hm)对K562细胞中β－珠蛋白基因表达及重组载体HG在K562细胞中瞬时表达的影响。结果显示：用30μmol/L Hm诱导K562细胞24、48及72h后,不仅其γ－珠蛋白mRNA水平升高,其β－珠蛋白mRNA水平也明显上升,而且这种诱导作用在诱导24、48h后比较明显;Hm还可增强重组表达载体HG在K562细胞中的瞬时表达。提示Hm诱导红系分化的机理可能与γ→β珠蛋白基因的转换机制相关。     

鸡输卵管上皮细胞瞬时表达系统

在开发利用生物反应器生产特定蛋白的研究中,若先用特异组织作原代培养,建立瞬时表达系统,对特定调控元件和融合基因进行分析,可大大缩短研究进程。本文首次报道用鸡输卵管上皮细胞原代培养,建立瞬时表达系统的方法。输卵管细胞体外培养（Fig.1-3),在二,三周时间内仍然保持分泌卵清蛋白的功能,当分泌功能减弱时,若地培液中添加激素,一般一周后大部分细胞又可恢复分泌功能（Fig.4),由于卵清蛋白是一种分泌蛋白,通过斑点免疫渗滤法可迅速简便的从培液中检测到（Fig.4)。为 验证培养细胞能否表达外源基因,在原代培养细胞中转染绿色荧光蛋白基因,可在细胞浆中显示绿色荧光（Fig.5)。说明这是一个有效而又方便的检测调控元件的瞬时表达系统。     

沙眼衣原体真核表达质粒pcDNA4/CT703的构建及其表达

目的：构建含沙眼衣原体（Chlamydia trachomatis, Ct）基因CT703的真核重组表达质粒pcDNA4/CT703,并检测其在HeLa细胞中的表达.方法：利用RT-PCR扩增CT703基因,然后将其亚克隆到真核表达载体pcDNA4,PCR、双酶切和测序检测重组质粒.将正确的重组质粒瞬时转染HeLa细胞,免疫荧光和Western Blot实验检测重组质粒目的蛋白表达. 结果：经PCR、双酶切和测序鉴定后,成功构建了真核重组表达质粒pcDNA4/CT703,将其转染HeLa细胞后,免疫荧光和Western Blot实验能检测到目的蛋白的表达.结论：成功构建了重组质粒pcDNA4/CT703,并能在HeLa细胞中表达,为进一步研究CT703的功能奠定了基础.     

A high‐yielding CHO transient system: Coexpression of genes encoding EBNA‐1 and GS enhances transient protein expression

An efficient rapid protein expression system is crucial to support early drug development. Transient gene expression is an effective route, and to facilitate the use of the same host cells as for subsequent stable cell line development, we have created a high‐yielding Chinese hamster ovary (CHO) transient expression system. Suspension‐adapted CHO‐K1 host cells were engineered to express the gene encoding Epstein‐Barr virus (EBV) nuclear antigen‐1 (EBNA‐1) with and without the coexpression of the gene for glutamine synthetase (GS). Analysis of the transfectants indicated that coexpression of EBNA‐1 and GS enhanced transient expression of a recombinant antibody from a plasmid carrying an OriP DNA element compared to EBNA‐1‐only transfectants. This was confirmed with the retransfection of an EBNA‐1‐only cell line with a GS gene. The retransfected cell lines showed an increase in transient expression when compared with that of the EBNA‐1‐only parent. The transient expression process for the best CHO transient cell line was further developed to enhance protein expression and improve scalability by optimizing the transfection conditions and the cell culture process. This resulted in a scalable CHO transient expression system that is capable of expressing 2 g/L of recombinant proteins such as antibodies. This system can now rapidly provide gram amounts of recombinant antibody to supply preclinical development studies that has comparable product quality to antibody produced from a stably transfected CHO cell line. © 2013 American Institute of Chemical Engineers Biotechnol. Prog., 30:132–141, 2014     

Transient recombinant protein expression in a human amniocyte cell line: the CAP-T® cell system

The impact of transient gene expression approaches (TGE) on the rapid production of recombinant proteins is undisputed, despite that all efforts are currently relying on two host cell families only, namely HEK293 derivatives and CHO cell line(s). Yet, the increasing complexity of biological targets calls for more than two host cell types to meet the challenges of difficult‐to‐express proteins. For this reason, we evaluated the more recently established novel CAP‐T® cell line derived from human amniocytes for its performance and potential in transient gene expression. Upon careful analyses and adaptation of all process parameters we show here that indeed the CAP‐T® cells are extremely amenable to transient gene expression and recombinant protein production. Additionally, they possess inherent capabilities to express and secrete complex and difficult target molecules, thus adding an attractive alternative to the repertoire of existing host cell lines used in transient production processes. Biotechnol. Bioeng. 2012;109: 2250–2261. © 2012 Wiley Periodicals, Inc.     

Epi-CHO, an episomal expression system for recombinant protein production in CHO cells

This study describes the development of a transient expression system for CHO cells based on autonomous replication and retention of transfected plasmid DNA. A transient expression system that allows extrachromosomal amplification of plasmids permits more plasmid copies to persist in the transfected cell throughout the production phase leading to a significant increase in transgene expression. The expression system, named Epi-CHO comprises (1) a CHO-K1 cell line stably transfected with the Polyomavirus (Py) large T (LT) antigen gene (PyLT) and (2) a DNA expression vector, pPyEBV encoding the Py origin (PyOri) for autonomous plasmid amplification and encoding Epstein-Barr Virus (EBV) nuclear antigen-1 (EBNA-1) and OriP for plasmid retention. The CHO-K1 cell line expressing PyLT, named CHO-T was adapted to suspension growth in serum-free media to facilitate large-scale transient transfection and recombinant gene expression. Enhanced green fluorescent protein (EGFP) and human growth hormone (hGH) were used as reporter proteins to demonstrate transgene expression and productivity. Transfection of suspension-growing CHO-T cells with the vector pPyEBV encoding hGH resulted in a final concentration of 75 mg L(-1) of hGH in culture supernatants 11 days following transfection.     

Mammalian cell protein expression for biopharmaceutical production

Mammalian cell expression has become the dominant recombinant protein production system for clinical applications because of its capacity for post-translational modification and human protein-like molecular structure assembly. While expression and production have been fully developed and Chinese hamster ovary cells are used for the majority of products both on the market and in clinical development, significant progresses in developing and engineering new cell lines, introducing novel genetic mechanisms in expression, gene silencing, and gene targeting, have been reported in the last several years. With the latest analytical methods development, more attention is being devoted towards product quality including glycol profiling, which leads to better understanding the impact of culture condition during production. Additionally, transient gene expression technology platform plays more important role in biopharmaceutical early development stages. This review focused on the latest advancements in the field, especially in active areas such as expression systems, glycosylation impact factors, and transient gene expression.     

棉铃虫核型多角体病毒凋亡抑制基因对p35基因失活病毒的功能拯救

野生型苜蓿银纹夜蛾核型多角体病毒（ＡｃＮＰＶ）能感染棉铃虫细胞,不引起细胞凋亡,用ＬａｃＺ基因使ＡｃＮＰＶ凋亡抑制基因ｐ３５插入失活,得到缺陷病毒Ａｃｐ３５Ｚ能迅速引起棉铃虫细胞凋亡,但缺陷病毒本身不能复制。用ＡｃＮＰＶ即早期基因ＩＥ１启动子带动棉铃虫杆状病毒（ＨａＮＰＶ）ｐ３５基因在棉铃虫细胞中瞬时表达,能拯救ｐ３５基因失活病毒Ａｃｐ３５Ｚ复制。通过Ｘ－ｇａｌ显色反应和ｄｏｔＥＬＩＳＡ分别检测到了半乳糖苷酶的活性和ｐ３５基因的表达,证明了所克隆的ＨａＮＰＶｐ３５基因不仅是一个凋亡抑制基因,也是一个与杆状病毒复制相关的基因,它的瞬时表达能支持Ａｃｐ３５Ｚ在棉铃虫细胞中复制。     

应用活细胞RNA检测纳米技术检测乳腺上皮细胞MCF-10A及乳腺癌细胞MCF-7中miR-142-3p的表达

传统的核酸检测技术如放射性核素、荧光、化学修饰的探针以及核酸扩增等技术无法检测活细胞中核酸的表达量。而活细胞RNA纳米检测技术和传统的检测技术相比,利用纳米金颗粒为探针能对活细胞进行检测,实验步骤更为简单,可以在自然的、无扩增的条件下观察RNA,这可真实地反应基因表达与表型之间的关系。miRNA是一类非编码RNA,其长度为20～24个碱基,在生命活动中起重要的作用。本文应用活细胞RNA检测纳米技术结合荧光定量PCR分别检测正常的乳腺上皮细胞系及乳腺上皮癌细胞系中内源性miR-142-3p的表达,发现乳腺癌细胞系内源性miR-142-3p的表达显著高于正常乳腺上皮细胞系中miR-142-3p的表达,结果提示miR-142-3p可能在乳腺癌细胞发生发展中起到调控作用。     

小鼠白蛋白启动子的组织特异性功能研究

以绿色荧光蛋白(GFP)基因作为报告基因,通过对比小鼠白蛋白启动子在不同来源细胞系中启动HGFP基因的转录活性,对小鼠白蛋白启动子的组织特异性进行了研究。结果发现,小鼠白蛋白启动子在小鼠肝癌细胞系Hepa 1—6和人肝癌细胞系：HepG2均有很强的转录起始功能,荧光显微镜下可以观察到IGFP表达。Hepa 1—6细胞在转染早期的48h内,CMV的启动子和增强子序列是小鼠白蛋白启动子转录活性的4倍。G418加压筛选2周后,CMV的启动子的转录活性下降到只有小鼠白蛋白启动子活性的1／2。转染人肝癌细胞系HepG2 2周后,荧光显微镜下可以观察到GFP表达。其他的细胞如中华仓鼠卵巢细胞系CHO和人肺癌细胞系PLA 801中转染的小鼠白蛋白启动子不能启动GFP的表达,而对照CMV启动子控制下的GFP基因可在CHO和PLA 801中表达。以上结果说明,小鼠白蛋白启动子仅在肝脏来源的细胞中可以起始下游基因的转录,在其他组织来源的细胞中不能起始转录,这表明小鼠白蛋白启动子具有肝脏组织特异的转录活性,但没有种属特异性。