《Frontiers in Bioengineering and Biotechnology》：Whole-genome DNA methylation analysis of Chinese hamster ovary cells undergoing media adaptation
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本综述系统阐述了CHO（中国仓鼠卵巢）细胞在培养基适应过程中全基因组DNA甲基化（DNA methylation）的动态变化。研究通过高覆盖度全基因组亚硫酸氢盐测序（WGBS）技术，首次绘制了CHO细胞在分批补料培养不同生长阶段及四种商业化培养基适应过程中的单碱基分辨率DNA甲基化图谱。创新性开发了含63,000个CpG位点的CHO特异性DNA甲基化芯片，为生物制药领域提供了可预测细胞表型变化的表观遗传生物标志物开发新策略。
引言
中国仓鼠卵巢（CHO）细胞作为重组治疗蛋白生产的核心平台，其表观遗传调控机制特别是DNA甲基化对细胞适应性调控具有关键作用。培养基适应作为大规模生产中的关键环节，直接影响细胞生长性能和产物质量。近年来研究发现，CHO细胞在动态培养环境中会通过DNA甲基化介导的基因沉默机制调控表型变化，但高分辨率全基因组水平的甲基化动态图谱仍有待解析。
结果
生长阶段特异性甲基化重塑
研究首先通过14天分批补料培养将Humira431细胞划分为三个生长阶段：延滞期（0-3天）、指数期（4-11天）和稳定期（11-14天）。全基因组亚硫酸氢盐测序分析显示，三个生长阶段间存在显著差异甲基化区域（DMRs），其中延滞期与稳定期比较发现1,445个DMRs，且这些区域在不同阶段间重叠度较低，表明甲基化变化具有生长阶段特异性。
培养基适应的表观遗传重构
研究人员将细胞适应至四种商业化培养基（CDM4PERMAb、CDM4CHO、Dynamis和CDFortiCHO），发现不同培养基诱导了显著差异的生长动力学和蛋白生产力。CDM4PERMAb和CDM4CHO适应细胞显示>2倍的蛋白生产率提升，而Dynamis和CDFortiCHO适应细胞则呈现下降或不变趋势。全基因组甲基化分析鉴定出大量培养基特异性DMRs，主成分分析（PCA）显示适应细胞与对照细胞明显分离。
生产力相关甲基化特征
通过比较不同生产力表型细胞的甲基化谱，发现高生产力组（CDM4PERMAb/CDM4CHO）共享1,163个DMRs，低生产力组（Dynamis/CDFortiCHO）共享1,724个DMRs。基因本体（GO）分析显示这些DMRs关联基因显著富集于细胞粘着斑、轴突导向、蛋白磷酸化等通路，提示这些表观遗传变化可能与细胞适应性调控网络相关。
技术创新与验证
研究团队成功开发了包含63,000个CpG位点的CHO特异性DNA甲基化芯片平台。该平台在独立实验中成功验证了WGBS鉴定的适应性相关甲基化变化，PCA分析显示适应与对照样本明显分离，为大规模表观遗传筛查提供了高效工具。
讨论
本研究通过高分辨率甲基化图谱揭示了CHO细胞在培养基适应过程中的动态表观遗传重编程。值得注意的是，单一参数胁迫（如高渗、乳酸积累）虽引起表型变化但未检测到显著甲基化改变，而复杂的培养基适应过程则诱导了系统性甲基化重构。这表明表观遗传标记的稳定建立需要多重环境因素的协同作用。
创新性开发的DNA甲基化芯片平台为生物工艺优化提供了新思路，未来可结合机器学习模型实现细胞表型的早期预测。然而，DNA甲基化与基因表达的确切因果关系仍需通过多组学整合分析进一步阐明。
方法
实验采用表达阿达木单抗类似物的Humira431细胞系，通过直接或渐进式适应策略进行培养基转换。细胞培养参数通过Vi-CELL BLU分析仪和Cedex Bio分析仪监测。基因组DNA使用MagMAX试剂盒提取，DNA完整性指数（DIN）>8的样本用于WGBS分析。测序数据通过Bismark软件比对至CriGri-PICRH-1.0参考基因组，使用DMRfinder和methylKit进行差异甲基化分析。定制芯片基于Illumina Infinium平台，通过SeSAMe流程处理数据。
该研究建立的57个高质量甲基化数据集为CHO细胞表观遗传研究提供了宝贵资源，为生物制药领域开发预测性表观遗传生物标志物奠定了坚实基础。
