グルタミン制限下で選択されたチャイニーズハムスター卵巣細胞における過剰なグルタミン合成酵素活性は、グルタミン不足条件下では成長制限的であり、セリンによって阻害される可能性がある

Superfluous glutamine synthetase activity in Chinese Hamster Ovary cells selected under glutamine limitation is growth limiting in glutamine-replete conditions and can be inhibited by serine.

• Vishwanathgouda Maralingannavar
• Dharmeshkumar Parmar
• Venkateswarlu Panchagnula
• Mugdha Gadgil

抄録

リーン維持培地中での動物細胞の通過や増殖は、一部の栄養素の制限期間をもたらす可能性がある。時間の経過とともに、そのようなストレスは、代謝変化を伴う細胞の選択をもたらし、不均一性に寄与する可能性がある。ここでは、グルタミン制限下でのチャイニーズハムスター卵巣（CHO）細胞の選択が、グルタミンが完全に存在する条件下での成長に変化をもたらすかどうかを調査した。グルタミン制限培地では、グルタミンが豊富な培地で処理された対照細胞と比較して、選択された細胞はより高いグルタミン合成酵素（GS）活性を示し、より高いピーク生細胞密度（PVCD）を達成した。驚くべきことに、グルタミンが完全に存在する条件下では、選択された細胞は高いグルタミン合成酵素活性を示したが、PVCDは低かった。我々は、グルタミン完全培地において、(a)メチオニンスルホキシミンによるGS活性の阻害、(b)アスパルテートの添加はGS活性に影響を与えず、(c)セリンの添加で、選択された細胞のPVCDが回復したことを示している。報告されているセリンの効果と一致するように、グルタミン制限条件下での細胞増殖の低下とともに、セリンの補給によりGS活性の阻害が観察された。後者の観察は、GS-CHOおよびGS-NS0に使用するグルタミンフリー培地および飼料の設計に重要である。まとめると、グルタミン制限下で選択されたCHO細胞は、グルタミンが十分に含まれた培地では過剰なGS活性を有しており、それがPVCDに悪影響を及ぼすことが示された。これは、グルタミン制限下で選択されたCHO細胞の成長を制限する栄養素であるアスパラギン酸の利用可能性に影響を与えている可能性がある。

Passaging and expansion of animal cells in lean maintenance medium could result in periods of limitation of some nutrients. Over time, such stresses could possibly result in selection of cells with metabolic changes and contribute to heterogeneity. Here, we investigate whether selection of Chinese Hamster Ovary (CHO) cells under glutamine limitation results in changes in growth under glutamine-replete conditions. In glutamine-limiting medium, compared to control cells passaged in glutamine-rich medium, the selected cells showed higher glutamine synthetase (GS) activity and attained a higher peak viable cell density (PVCD). Surprisingly, in glutamine-replete conditions, selected cells still showed a higher GS activity but a lower PVCD. We show that in glutamine-replete medium, PVCD of selected cells was restored on (a) inhibition of GS activity with methionine sulfoximine, (b) supplementation of aspartate-without affecting GS activity, and (c) supplementation of serine, which is reported to inhibit GS in vitro. Consistent with the reported effect of serine, inhibition of GS activity was observed upon serine supplementation along with reduced growth of cells under glutamine-limiting conditions. The latter observation is important for the design of glutamine-free culture medium and feed used for GS-CHO and GS-NS0. In summary, we show that CHO cells selected under glutamine limitation have superfluous GS activity in glutamine-replete medium, which negatively affects their PVCD. This may be due to its effect on availability of aspartate which was the limiting nutrient for the growth of selected cells in glutamine-replete conditions.

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