Tesis Doctorado
Mejoramiento de la producción de Eritropoyetina humana recombinante (rh-EPO) en células CHO a través de ingeniería celular: Sobreexpresión de factores de regulación global para modular el metabolismo central del carbono y el procesamiento de proteína
Improvement of the production of recombinant human Erythropoietin (rh-EPO) in CHO cells through cellular engineering: Overexpression of global regulatory factors to modulate central carbon metabolism and protein processing
Autor
Latorre-Aguirre, Yesenia del Carmen
Institución
Resumen
La línea celular más utilizada en la industria farmacéutica para la producción de proteínas recombinantes es la de ovario de hámster chino (CHO, por sus siglas en inglés). Esta se caracteriza por hacer glicosilaciones con alto grado de similitud al ser comparada con la proteína humana. Sin embargo, hay limitaciones asociadas. Por un lado, el uso deficiente de la glucosa y, por otro lado, la capacidad secretora / procesamiento de proteínas en estas células. Estos problemas afectan la viabilidad celular y, como consecuencia, la productividad específica (qp) y/o volumétrica de la proteína r (Qp).Estudios recientes sugieren que la sobreexpresión del factor de regulación global c-Myc, junto con la optimización de las condiciones de cultivo; Permite mejorar el crecimiento celular y la eficiencia del metabolismo de la glucosa en procesos basados en cultivos de células CHO. Además, los estudios sugirieren que la sobreexpresión del factor de regulación global Xbp1s tiene un efecto en la qp. Sin embargo, el efecto de la sobreexpresión de c-Myc sobre la productividad (qp y Qp) de las proteínas r en las células CHO ha sido pobremente evaluado. Por otra parte, el efecto combinado de c-Myc con Xbp1s sobre estos parámetros no ha sido evaluado.
Se utilizó la técnica de recombinación homóloga RMCE para la obtención de una línea celular CHO estable productora de Eritropoyetina CHO hEPO. Posteriormente se transfectó con pCDH-puro-cMyc (addgene, #46970) y/o con pCMV5-Flag-Xbp1s modificado (addgene, #63680, y resistencia a higromicina), obteniéndose tres poblaciones celulares (CHOC, CHOX y CHOXC). De cada población se seleccionaron los tres clones con mayor qp. Estos clones junto a CHO hEPO se adaptaron a cultivo libre de suero y suspensión para luego ser caracterizadas cinética, metabólica y productivamente.
El clon CHO hEPO mostró un comportamiento cinético y metabólico similar a lo publicado anteriormente, sin embargo la productividad especifica fue 400% mayor a lo reportado con anterioridad. Los clones CHOC mostraron comportamientos dispares. Por un lado en dos de ellos aumentó la concentración de células viables (Xv) máxima. Pero esto fue en desmedro de la qp. Sin embargo en uno de ellos la Xv disminuyó mientras la qp aumentó. Además, todos muestran una disminución en el rendimiento amonio, mientras que sólo un clon mostró una disminución en el rendimiento de lactato. Por otra parte, inverso a lo observado en los clones CHOC, dos de los clones CHOX mostraron una disminución de la Xv máxima, sin variar la µMáx. Mientras que el otro clon presentó un aumento sobre el mismo parámetro .En cuanto a las productividades, sólo un clon aumentó la qp. Todos los clones CHOX mostraron una disminución en el rendimiento de amonio. Los clones co-transfectados (CHOXC) presentaron un aumento en la Xv máxima, no así la qp que mostró un aumento en sólo uno de los clones (CHOXC CL4M). Mientras que la Qp aumentó en dos de ellos (CHOXC CL4M y CHOXC CL3M). Por otra parte, mientras el rendimiento de amonio disminuyó, el de lactato aumentó en todos los clones. Todos estos resultados en comparación a la células no transfectadas. Se vió un efecto notorio de c-Myc sobre el rendimiento de lactato al aumentar la concentración de glucosa, mientras que no hay efectos positivos sobre la productividad en condiciones de hipotermia suave.
Se determinó que efectivamente existe un efecto sinérgico entre c-Myc y Xbp1s sobre cultivo de células CHO productoras de rh-EPO. Sin embargo este no se ve potenciado en condiciones de hipotermia suave. Además se evidenció un efecto sobre el metabolismo de glutamina por parte de ambos reguladores. Esto es un gran avance en la biofarmaceútica a nivel nacional e internacional. Por un lado se logró obtener líneas celulares de manera rápida a través de la técnica RMCE y por otro los reguladores de expresión demostraron tener un efecto positivo sobre la productividad de proteínas recombinantes The cells line more used in pharmaceutics industry for r-protein production is Chinese Hamster Ovary (CHO). This one is characterized for to do glycosylation with high similitude grade when is compared with human protein. However, there are associated limitations. On the one hand, the deficient use of glucose and, on the other the secretory capacity / protein processing in these cells. These problems affect cell viability and, as a consequence, r-protein’s specific (qp) and/or volumetric productivity (Qp). Recent studies suggested that overexpression of global regulation factor c-Myc, together with the optimization of culture conditions; allow improving the cell growth and glucose metabolism efficiency in processes based on CHO cell culture. Besides, studies suggested that overexpression of global regulation factor Xbp1s has an effect on specific productivity. However the effect of overexpression of c-Myc on the productivity (qp and Qp) of r-proteins in CHO cells has been poorly evaluated. Moreover the combined effect of c-Myc with Xbp1s over these parameters has not been evaluated.
The homologous recombination technique, RMCE, was used to obtain a stable CHO cell line producing Erythropoietin (CHO hEPO). Subsequently, it was transfected (chemically and / or virally) with pCDH-puro-cMyc (addgene, # 46970) and / or with modified pCMV5-Flag-Xbp1s (addgene, # 63680, and hygromycin resistance), obtaining three cell populations (CHOC, CHOX and CHOXC). From each population, the three clones with the highest specific productivity were selected. These clones together with CHO hEPO were adapted to serum-free culture and suspension, to be characterized kinetically, metabolically and productively.
The CHO hEPO clone showed a kinetic and metabolic behavior similar to what was previously published, however, the specific productivity was 400% higher than previously reported. The CHOC clones showed different behaviors. On the one hand in two of them the maximum concentration of viable cells (Xv) maximum. But this was to the detriment of the qp. However, in one of them, the Xv decreased while qp increased. In addition, all show a decrease in ammonium yield, while one clone showed a decrease in lactate yield. On the other hand, inverse to what was observed in the CHOC clones, two of the CHOX clones showed a decrease of the maximum Xv, without varying the μMax. While the other clone presented an increase over the same parameter. Regarding the productivities, only one clone increased the qp. All CHOX clones showed a decrease in ammonium yield. The co-transfected clones (CHOXC) showed an increase in the maximum Xv, but the qp showed an increase in only one of the clones (CHOXC CL4M). While Qp increased in two of them (CHOXC CL4M and CHOXC CL3M). On the other hand, while the yield of ammonium decreased, that of lactate increased in all the clones. All these results compared to the non-transfected cells. There was a noticeable effect of c-Myc on lactate yield when glucose concentration was increased, while there were no positive effects on productivity under conditions of mild hypothermia.
It was determined that there is indeed a synergistic effect between c-Myc and Xbp1s on culture of CHO cells producing rh-EPO. However, this is not enhanced in conditions of mild hypothermia. In addition, an effect on the metabolism of glutamine by both regulators was evidenced. This is a breakthrough in biopharmaceuticals nationally and internationally. On the one hand, cell lines were obtained quickly through the RMCE technique and, on the other hand, the expression regulators showed a positive effect on the productivity of recombinant proteins PFCHA-Becas PFCHA-Becas