Внутриклональная гетерогенность экспрессии белка в рекомбинантных клетках CHO

Терапевтические гликопротеины сыграли важную роль в коммерческом успехе биотехнологии в постгеномную эпоху. Однако получение рекомбинантных линий клеток млекопитающих для крупномасштабного производства остается дорогостоящим и длительным процессом из-за значительной вариабельности и непредсказуемой стабильности экспрессии среди трансфицированных клеток, что требует широкого скрининга клонов для выявления подходящих высокопродуктивных клеток. Оптимизация этого процесса представляет значительный интерес для промышленности, однако лежащие в его основе явления до сих пор изучены недостаточно. В настоящей работе клон клеток яичника китайского хомячка (CHO), экспрессирующий антитело, исследовали на уровне отдельных клеток с использованием проточной цитометрии и векторов, связывающих транскрипцию легкой и тяжелой цепей с флуоресцентными маркерами. Традиционно вариабельность экспрессии связывали с генетической гетерогенностью, возникающей вследствие случайной интеграции ДНК вектора в геном. Следовательно, клонирование отдельных клеток должно приводить к формированию однородной клеточной популяции. Однако мы показали, что экспрессия в клоне может быть неожиданно гетерогенной (стандартное отклонение составляет 50–70% от среднего значения), приближаясь к уровню вариабельности в смешанных пулах трансфектантов, причем экспрессия каждой цепи антитела изменяется согласованно. Фенотипическая вариабельность полностью формируется всего за 18 дней после клонирования, однако она не может быть полностью объяснена шумом измерений, размером клеток или клеточным циклом. Отслеживая динамический ответ субпопуляций и субклонов, мы показали, что клетки также подвергаются медленным стохастическим флуктуациям экспрессии (период полураспада составляет 2–11 поколений). Таким образом, негенетическое разнообразие может играть в клональной вариабельности более значительную роль, чем считалось ранее. Это имеет и неожиданные последствия для стабильности экспрессии. Стохастический шум экспрессии генов и смещение отбора приводят к отклонениям от стационарного состояния в момент клонирования. Возникающий вследствие этого транзиторный ответ, по мере того как клоны восстанавливают распределение экспрессии, обычно не учитывается, но может способствовать снижению медианной экспрессии на протяжении периодов продолжительностью до 50 дней. Шум mi...