Multi‐Omics Reveals Impact of Cysteine Feed Concentration and Resulting Redox Imbalance on Cellular Energy Metabolism and Specific Productivity in CHO Cell Bioprocessing

生物过程 中国仓鼠卵巢细胞 内质网 新陈代谢 细胞生物学 代谢组学 脂质代谢 生物 生物化学 生物信息学 古生物学 受体
作者
Amr Ali,Rachel Chen,Ravali Raju,Rashmi Kshirsagar,Alan Gilbert,Li Zang,Barry L. Karger,Alexander R. Ivanov
出处
期刊:Biotechnology Journal [Wiley]
卷期号:15 (8) 被引量:24
标识
DOI:10.1002/biot.201900565
摘要

Chinese hamster ovary (CHO) cells are currently the primary host cell lines used in biotherapeutic manufacturing of monoclonal antibodies (mAbs) and other biopharmaceuticals. Cellular energy metabolism and endoplasmic reticulum (ER) stress are known to greatly impact cell growth, viability, and specific productivity of a biotherapeutic; but the molecular mechanisms are not fully understood. The authors previously employed multi-omics profiling to investigate the impact of a reduction in cysteine (Cys) feed concentration in a fed-batch process and found that disruption of the redox balance led to a substantial decline in cell viability and titer. Here, the multi-omics findings are expanded, and the impact redox imbalance has on ER stress, mitochondrial homeostasis, and lipid metabolism is explored. The reduced Cys feed activates the amino acid response (AAR), increases mitochondrial stress, and initiates gluconeogenesis. Multi-omics analysis reveals that together, ER stress and AAR signaling shift the cellular energy metabolism to rely primarily on anaplerotic reactions, consuming amino acids and producing lactate, to maintain energy generation. Furthermore, the pathways are demonstrated in which this shift in metabolism leads to a substantial decline in specific productivity and altered mAb glycosylation. Through this work, meaningful bioprocess markers and targets for genetic engineering are identified.
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