CN113512537A - 高表达人促卵泡激素的重组cho细胞株及其构建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及助孕技术附属装置的技术领域,特别是涉及一种高表达人促卵泡激素的重组CHO细胞株及其构建方法,纯度高、成本低、生物活性稳定;包括CHO‑S细胞株、pCHO1.0载体、高表达元件和目的蛋白氨基酸序列。

Description

高表达人促卵泡激素的重组CHO细胞株及其构建方法
技术领域
本发明涉及助孕技术附属装置的技术领域,特别是涉及一种高表达人促卵泡激素的重组CHO细胞株及其构建方法。
背景技术
WHO统计显示,全球约有4500万~5200万名的夫妇受不孕不育影响,我国育龄夫妇中不孕不育率高达10%,累及人口达1000多万,其中因为排卵障碍而导致的不孕不育约占1/3,不孕不育已成为严重的社会问题,人促卵泡激素在治疗排卵障碍性疾病、体外受精和胚胎移植助孕技术有重要意义。
FSH是一种由脑垂体前叶嗜碱性细胞分泌的糖蛋白类促性腺激素,是调控哺乳动物生长、性成熟和繁殖的核心激素,与促黄体生成素、促甲状腺激素、绒毛膜促性腺激素共同组成糖蛋白激素家族,具有促进和维持正常性腺发育和生殖的功能。该家族是目前己知的结构最为复杂的蛋白质激素,它们虽然功能不同,结构却极为相似,均可由解离的α亚基和β亚基以非共价键结合形成异二聚体。在同一物种,4种激素的α亚基完全相同,由同一基因编码,而β亚基则是特异的,决定着激素的特定生理功能。一般认为α亚基负责信号转导作用,而β亚基是功能亚基,参与受体结合,后来发现α亚基和β亚基均参与受体结合及信号转导作用。
目前FSH制剂根据其来源及制备工艺主要分为三大类。第一类是从下丘脑垂体中得到的,简称垂体FSH,因其含量较低,纯度不高,杂质含量高,副作用较大,而逐渐被淘汰。第二类是从绝经后妇女的尿中提取出来的尿源FSH,但存在生物资源有限,个体及批间差异大,尿液中残留的蛋白成分导致FSH的生物学活性降低,且生产成本较高的问题。另一类是重组的人促卵泡素,根据其来源分为大肠杆菌原核表达的FSH,但因其不具有糖基化修饰功能,不能产生有活性的FSH,而且表达产物往往以包涵体的形式存在,二硫键不能正确折叠,无法形成完全正确的空间构象。酵母细胞表达的FSH,但由于巴氏毕赤酵母糖基化模式与哺乳动物细胞的差异,表达产物虽然具有类似的结合能力,但体外活性仅为天然产物活性的1/3。有学者尝试利用昆虫细胞及植物细胞表达FSH,但均存在与天然FSH糖基化差异较大,活性不高及产业化困难的问题。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供一种纯度高、成本低、生物活性稳定的高表达人促卵泡激素的重组CHO细胞株及其构建方法。
本发明的高表达人促卵泡激素的重组CHO细胞株,包括CHO-S细胞株、pCHO1.0载体、高表达元件和目的蛋白氨基酸序列。
本发明的高表达人促卵泡激素的重组CHO细胞株,FSHα亚基氨基酸序列为(92aa):APDVQDCPECTLQENPFFSQPGAPILQCMGCCFSRAYPTPLRSKKTMLVQKNVTSESTCCVAKSYNRVTVMGGFKVENHTACHCSTCYYHKS。
本发明的高表达人促卵泡激素的重组CHO细胞株,FSHβ亚基氨基酸序列为(111aa):NSCELTNITIAIEKEECRFCISINTTWCAGYCYTRDLVYKDPARPKIQKTCTFKELVYETVRVPGCAHHADSLYTYPVATQCHCGKCDSDSTDCTVRGLGPSYCSFGEMKE
本发明的高表达人促卵泡激素的重组CHO细胞株,pCHO1.0载体采用CMV启动子与人延伸因子EF-1/2启动子的杂合启动子。
本发明的高表达人促卵泡激素的重组CHO细胞株的构建方法,包括以下方案:
(1)基于重组质粒pCHO1.0-Fα和pCHO1.0-Fβ共转染CHO细胞构建方案。
(2)基于双表达重组质粒pCHO1.0-Fα-Fβ转染CHO细胞构建方案。
与现有技术相比本发明的有益效果为:本发明采用具有明确产权背景的CHO-S悬浮细胞株与pCHO1.0高表达载体组合,采用无血清CD培养基及大规模悬浮细胞培养工艺,筛选获得稳定、高表达工程细胞株。通过高表达元件、杂合启动子、信号肽、KOZAK序列的合理设计构建并筛选稳定、高表达的工程细胞株。建立的CHO-S工程细胞系支持高密度、无血清悬浮培养工艺,该工程细胞株筛选全程均采用无血清、无动物源成分的化学成分界定(CD)培养基,为后期工艺开发奠定基础。建立了高通量无血清培养基筛选平台,提高目标蛋白的表达量及蛋白质量,建立稳定高产的无血清细胞罐悬浮培养工艺。优选的工程细胞株经培养后,表达量不低于200mg/L,收集培养上清经纯化后采用SDS-PAGE、Western blot及N端氨基酸测序对目的产物进行初步确证,经大鼠卵巢增重法(Steelman-Pohley法)测定目的产物比活最高可达16036 IU/mg,达到国内外先进水平,该重组CHO细胞株支持从构建、筛选到培养全程无血清CD培养基工艺,全程无血清及蛋白成分,无动物来源成分,支持悬浮培养和生物反应器生产,更易于规模放大,方便产业化。
附图说明
图1是共转染重组质粒pCHO1.0-Fα和pCHO1.0-Fβ构建示意图;
图2是双表达重组质粒pCHO1.0-Fα-Fβ的构建示意图;
图3是目的蛋白SDS-PAGE及Western blot分析的示意图;
图4是目的蛋白HPLC纯度分析示意图;
图5是量反应平行线法检测目的蛋白比活性示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
实施例:
一、人工合成hFSH α亚基及β亚基基因,克隆至pMD-18T载体,经酶切连接亚克隆至pCHO1.0载体,构建重组共转染质粒pCHO1.0-Fα、pCHO1.0-Fβ及重组双表达质粒pCHO1.0-Fα-Fβ,见图1,图2。转染CHO-S悬浮细胞,通过嘌呤霉素及MTX加压筛选,经FSH检测试剂盒测定表达量。通过多轮有限稀释法获得高表达重组阳性单克隆细胞株,并对细胞株进行产量评估,优选表达量高、活性好、表达稳定的细胞株作为工程细胞株。细胞株构建、筛选过程如下:
(1) 重组表达质粒的构建
①共转染重组质粒pCHO1.0-Fα和pCHO1.0-Fβ的构建方案
②双表达重组质粒pCHO1.0-Fα-Fβ的构建方案
(2)CHO-S细胞的转染及筛选:分别提取上述已成功构建共转染重组质粒pCHO1.0-Fα、pCHO1.0-Fβ及重组双表达质粒pCHO1.0-Fα-Fβ,转染前质粒均经NruI限制性内切酶进行线性化处理。复苏CHO-S细胞,监测细胞密度及活度,待细胞密度达到1-2×106 viablecells/mL时,即进行细胞传代,根据细胞状态及密度,每2-3天传代一次。待细胞浓度及活度达到要求后,取对数期细胞进行转染,其中共转染质粒pCHO1.0-Fα与pCHO1.0-Fβ按质量比3:1共转染CHO-S细胞,双表达质粒pCHO1.0-Fα-Fβ直接转染CHO-S细胞,同时设立pCHO1.0空质粒对照组。振摇培养48 h后检测各组rhFSH瞬时表达量,作为初步评估。以不同浓度的嘌呤霉素和MTX进行两阶段加压,实时检测细胞浓度及活度,待细胞活度≥90%,活细胞密度≥1.0×106 cells/mL,进行多克隆工程细胞产量评估,选取评估产量较高的多克隆细胞群,进行有限稀释,经96孔板、24孔板、6孔板、100mL摇瓶及250mL摇瓶逐步放大,选取rhFSH表达量高且表达稳定的单克隆细胞株作为优选工程细胞株。
(3)表达产物的鉴定及活性测定:收集细胞培养上清经纯化后采用SDS-PAGE法进行分子量大小检测,经Western blot进行鉴别分析,经HPLC法进行纯度检测,经大鼠卵巢增重法(Steelman-Pohley法)进行活性检测。
(4)重组细胞株表达及传代稳定性检测:重组细胞株在无MTX、无嘌呤霉素压力存在的条件下,连续传代20代(60天),分别取上清第0代、第5代、第10代、第15代及第20代细胞培养物上清检测目的产物表达量,并提取各代次细胞总RNA,经RT-PCR法扩增目的基因,并进行测序,评估细胞株的表达稳定性及遗传稳定性。
二、以重组双表达质粒pCHO1.0-Fα-Fβ的构建、转染CHO-S细胞及有限稀释法筛选过程为例进行详细描述。
双表达重组质粒pCHO1.0-Fα-Fβ的构建
(1)FSHα亚基基因的克隆
①FSHα亚基基因合成及引物设计:根据GenBank中编码FSH蛋白α亚基(NM_000735)cDNA序列,合成目的基因序列(pMD18T-FA),并运用primer5.0软件设计引物,序列如下:FA(AvrII): 5'- ATGCCCTAGGCCACCATGGATTACTACAGA -3'(下划线部分为AvrII酶切位点),RA(Bstz17I):5'- CAGTGTATACTTAAGATTTGTGATAATAAC -3'(下划线部分为Bstz17I酶切位点),扩增片段大小为376 bp。目的基因及引物均由北京三博远志生物技术有限责任公司合成。
②FSHα亚基基因的扩增及克隆:以pMD18T-FA质粒为模板,FA(AvrII)和RA(Bstz17I)为引物进行PCR扩增。反应体系为:10×Ex Taq buffer(Mg2+ plus)5 μl,dNTP(2.5 mmol/L)4 μl,上下游引物(20 pmol/μl)各2 μl,模版DNA 0.5 μl,Ex Taq 0.5 μl,补加ddH2O至总体积50 μl。反应条件为:94℃预变性2 min;94℃ 30 s,43℃ 30 s,72℃ 22s,共30个循环;最后72℃延伸5 min。扩增产物经1%琼脂糖凝胶电泳鉴定。回收目的基因片段,与载体pMD18-T连接,转化感受态大肠杆菌DH5α,提取质粒,经PCR及酶切鉴定后,经测序正确的质粒命名为pMD18T-Fα。
③重组表达质粒pCHO1.0-Fα的构建:将测序正确的pMD18T-Fα质粒经AvrII和Bstz1170I双酶切,回收Fα基因片段,与经同样酶酶切的pCHO1.0载体按体积比5:3于16℃连接过夜,连接产物转化感受态大肠杆菌DH5α,提取质粒,经PCR及酶切鉴定后,送吉林省库美生物科技有限公司测序,测序正确的质粒命名为pCHO1.0-Fα。
(2)FSHβ亚基基因的克隆
①FSHβ亚基引物设计及合成:根据GenBank中编码FSH蛋白β亚基(NM_001018080)cDNA序列,运用primer5.0软件设计引物,序列如下:FB(EcorV):5'- ATGCGATATCGCCACCATGAAGACACTCCAGT -3'(下划线部分为EcoRV酶切位点),RB(PacI):5'- CAGTTTAATTAATTATTCTTTCATTTCACCAA -3'(下划线部分为PacI酶切位点),扩增片段大小为418bp。
②FSH β亚基基因的扩增及克隆:以pMD18T-FB质粒为模板,FB(EcorV)和RB(PacI)为引物进行PCR扩增。反应体系为:10×Ex Taq buffer(Mg2+ plus)5 μl,dNTP(2.5 mmol/L)4 μl,上下游引物(20 pmol/μl)各2 μl,模版DNA 0.5 μl,Ex Taq 0.5 μl,补加ddH2O至总体积50 μl。反应条件为:94℃预变性2 min;94℃ 30 s,45℃ 30 s,72℃ 23s,共30个循环;最后72℃延伸5 min。扩增产物经1%琼脂糖凝胶电泳鉴定。回收目的基因片段,与载体pMD18-T连接,转化感受态大肠杆菌DH5α,提取质粒,经PCR鉴定后,送吉林省库美生物科技有限公司测序,测序正确的质粒命名为pMD18T-Fβ。
(3)重组表达质粒pCHO1.0-Fα-Fβ的构建
将测序正确的pMD18T-fβ质粒经EcoRV和PacI双酶切,回收Fβ基因片段,与经同样酶酶切的pCHO1.0-Fα质粒按体积比5:3于16℃连接过夜,连接产物转化感受态大肠杆菌DH5α,筛选阳性克隆,提取质粒,经PCR及酶切鉴定正确后,送吉林省库美生物科技有限公司测序,测序正确的质粒命名为pCHO1.0-Fα-Fβ。
(4)CHO-S细胞的转染及加压
采用去内毒素试剂盒提取已构建成功的共转染质粒pCHO1.0-Fα、pCHO1.0-Fβ、双表达质粒pCHO1.0-Fα-Fβ及pCHO1.0空质粒。转染时质粒经NruI线性化处理。复苏CHO-S细胞,确定细胞密度及活度,细胞密度达到1-2×106 viable cells/mL,即进行细胞传代,根据细胞状态及密度,每2-3天传代一次。转染前24 h,以5-6×105 viable cells/mL接种于含有30 mL CD Forti AGT CHO完全培养基,在37℃,含8% CO2,相对湿度为70-80%,转速为120 rpm的摇床培养细胞;转染当天,确定细胞活度不低于95%,活细胞密度为1×106viable cells/mL左右;将60 μg DNA加入终体积1.5 mL的 OptiPROTM SFM (1×)培养基中进行稀释,轻轻混匀,其中共转染质粒pCHO1.0-Fα与pCHO1.0-Fβ按质量比均为1:1、3:1各做两组,pCHO1.0-Fα-Fβ做一组,以线性化空载体pCHO1.0作为阴性对照,未转染细胞CHO-S作为空白对照;吸取50 μl Freestyle MAX reagent,加入终体积为1.5 mL的 OptiPRO SFM(1×)培养基稀释转染试剂,轻轻混匀;立即将转染试剂稀释液加入DNA稀释液中,轻轻混匀,室温放置15 min;逐滴、分区、缓慢地将DNA-转染试剂混合物加入含细胞液中,摇床培养细胞,48 h后检测各组rhFSH瞬时表达量。静态加压至第7-10天,细胞计数,若恢复至5.0×105 viable cells/mL,待细胞活度增加至30%-50%时,以3.0×105 viable cells/mL转移至摇瓶中,37℃,8% CO2,相对湿度70-80%,120 rpm条件下培养至活度≥85%,活细胞密度≥1.0×106 cells/mL,第一阶段加压结束,检测各组rhFSH表达量。待第一阶段加压完毕,提高嘌呤霉素及MTX浓度进行第二阶段加压筛选,每3-4天,以3.0×105 viable cells/mL传代,至活度≥90%,第二阶段加压结束,进行多克隆的产量评估,于第3、5、7、9、12、14天取样,每次取样后需按以下比例补加葡萄糖:第3天,补加终浓度至4g/L glucose;第5天,补加终浓度至4g/L glucose;第7天,补加终浓度至6g/L glucose;以确定细胞密度、活度和产量直至细胞活度下降至50%或培养的第14天结束培养。
(5)有限稀释法筛选单克隆工程细胞株
评估合格后经两轮有限稀释法进行单克隆工程细胞株的筛选,以确保单克隆细胞株的单一来源,按0.5-1个细胞/孔,铺96孔板,经24孔板、6孔板、100mL摇瓶及250mL摇瓶逐步放大,选取rhFSH表达量高且表达稳定的单克隆细胞株作为优选工程细胞株。
(6)表达产物的鉴定及活性测定
收集细胞培养上清经纯化后采用SDS-PAGE法进行检测可见预期位置的目的条带,Western blot检测可见特异性反应条带,见图3;经HPLC检测纯度不低于99%,见图4;可达经大鼠卵巢增重法(Steelman-Pohley法)测定目的产物比活最高可达16036 IU/mg,见图5。测得比活 PT= 16036IU/mg;可信限率为 FL= 21.743%;可信限范围为14176~18564 IU/mg。
(7)重组细胞株表达及传代稳定性检测
重组细胞株在无MTX、无嘌呤霉素压力存在的条件下,连续传代20代(60天),分别取上清第0代、第5代、第10代、第15代及第20代细胞培养物上清检测目的产物表达量,未见目的蛋白明显下降,证实该重组细胞株能够稳定表达目的产物;同时提取各代次细胞总RNA,经RT-PCR法扩增目的基因,测序结果显示均与目的基因序列一致,表明该细胞株在传代过程中未发生基因变异,传代稳定性良好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高表达人促卵泡激素的重组CHO细胞株,其特征在于,包括CHO-S细胞株、pCHO1.0载体、高表达元件和目的蛋白氨基酸序列。
2.如权利要求1所述的高表达人促卵泡激素的重组CHO细胞株,其特征在于,FSHα亚基氨基酸序列为(92aa):APDVQDCPECTLQENPFFSQPGAPILQCMGCCFSRAYPTPLRSKKTMLVQKNVTSESTCCVAKSYNRVTVMGGFKVENHTACHCSTCYYHKS。
3.如权利要求2所述的高表达人促卵泡激素的重组CHO细胞株,其特征在于,FSHβ亚基氨基酸序列为(111aa):NSCELTNITIAIEKEECRFCISINTTWCAGYCYTRDLVYKDPARPKIQKTCTFKELVYETVRVPGCAHHADSLYTYPVATQCHCGKCDSDSTDCTVRGLGPSYCSFGEMKE。
4.如权利要求3所述的高表达人促卵泡激素的重组CHO细胞株,其特征在于,pCHO1.0载体采用CMV启动子与人延伸因子EF-1/2启动子的杂合启动子。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的高表达人促卵泡激素的重组CHO细胞株的构建方法,其特征在于,包括以下方案:
(1)基于重组质粒pCHO1.0-Fα和pCHO1.0-Fβ共转染CHO细胞构建方案,
(2)基于双表达重组质粒pCHO1.0-Fα-Fβ转染CHO细胞构建方案。
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