質(zhì)粒的構(gòu)建:啟動子的選擇
啟動子的選擇對于轉(zhuǎn)染基因的有效表達是非常重要的。對于轉(zhuǎn)染過程本身雖然無甚影響,但是對轉(zhuǎn)染結(jié)果卻有著微妙的影響。
啟動子可分為2大類:誘導(dǎo)型啟動子是比較精明的,平時歇著,一旦接到誘導(dǎo)信號指示就馬上開工干活兒。而組成型啟動子比較老實的,就是從頭到尾不停干活從不閑著的那種——比如我們很熟悉的CMV啟動子啊,SV40啊,pMC1啊,PGK啟動子啊等等。
獲得高轉(zhuǎn)染活性所需選擇的啟動子依賴于選用的細胞系和要表達的蛋白。CMV啟動子在大多數(shù)細胞類型中可以獲得高表達活性。在BHK-21中,CMV啟動子活性比其他啟動子如SV40和RSV都要高。但這三種病毒啟動子在T細胞來源的細胞系,如Jurkat中組成表達水平較低。轉(zhuǎn)染后在培養(yǎng)基中加入PHA-L和PMA可以激活Jurkat細胞中CMV啟動子,而單PMA就足以激活KG1和K562(人骨髓瘤白細胞)中的CMV啟動子。SV40啟動子的表達在含有大T抗原(存在于COS-1和COS-7)時會提高,因為大T抗原可以刺激染色體外的合成。
一個強悍的高表達組成型啟動子是我們做表達所求之不得的,但是對于轉(zhuǎn)染本身來說卻不一定好——因為任何持續(xù)過高表達外源基因都可能帶來某種程度的細胞毒性,影響細胞生長——如果外源基因本身對細胞生長有毒,那更完蛋了,你很可能篩不到轉(zhuǎn)染成功的細胞株,更別提穩(wěn)定轉(zhuǎn)染了——因為過量表達本身可能已經(jīng)害死了那個轉(zhuǎn)染了的細胞,沒轉(zhuǎn)染的細胞又死于篩選壓力。這種時候一個不那么“能干”的啟動子可能更適合一些。如果你曾經(jīng)遇到原因不明的轉(zhuǎn)染失敗案例,會不會是這個原因呢?過猶不及就是這個道理咯。
誘導(dǎo)型啟動子對于轉(zhuǎn)染來說,特別是穩(wěn)定轉(zhuǎn)染,可能是更好的選擇。它使得目的基因的表達可以受到我們的調(diào)控——轉(zhuǎn)染的時候不表達,篩選穩(wěn)定表達株后再誘導(dǎo)表達,使得表達有毒性的基因或者分析表達產(chǎn)物的生物學效應(yīng)成為可能。多數(shù)誘導(dǎo)型啟動子在接受某種信號后“打開開關(guān)”開始工作,也有的相反,在缺失某種信號后打開開關(guān)。Clontech還有個誘導(dǎo)系統(tǒng)是“劑量依賴的”,就是說不單表達開關(guān)可控,表達量多少也可以通過誘導(dǎo)劑的量來調(diào)控。還有一種特殊的啟動子很好玩——具有時序性或者組織特異性(空間特異性),會受到特定的元件調(diào)控,在一定的時間或者特定組織細胞中表達的,比如那個轉(zhuǎn)基因山羊奶里用的只在泌乳期的乳腺細胞中表達的啟動子——有人說這是組成型的,我覺得應(yīng)該是誘導(dǎo)型的,只不過誘導(dǎo)的因素我們不知道罷了,這類啟動子在不同的細胞中會有不同的表現(xiàn),需要注意。誘導(dǎo)系統(tǒng)的問題主要是本底表達,表達量有限,以及誘導(dǎo)劑本身對細胞的影響和如何清除,不過這些都與轉(zhuǎn)染無關(guān)。
轉(zhuǎn)染DNA的啟動子-增強子如果不被宿主細胞識別也會產(chǎn)生無法表達的“悲劇”,這是實驗設(shè)計時需要注意的問題。不過現(xiàn)在利用現(xiàn)成試劑盒或者模擬國外已經(jīng)成功的實驗的居多,獨立構(gòu)建表達系統(tǒng)的極少,因而這種問題遇到的幾率也幾乎可以忽略不計。
目的基因
這個對于研究人員來說是目的,因而沒有選擇的余地。如果你的目的基因正好會影響選定細胞株的生長,甚至有毒,那hao選擇一個誘導(dǎo)型的啟動子,不然你可能總是轉(zhuǎn)染不了。但是通常在實驗之前我們不清楚我們研究的基因產(chǎn)物是否對選定的細胞有毒,所以正負對照很重要。當排除其他原因后轉(zhuǎn)染總是失敗,應(yīng)當從根本上考慮原因。
質(zhì)粒的大小和質(zhì)量
線性化還是超螺旋會影響轉(zhuǎn)染結(jié)果:超螺旋質(zhì)粒的轉(zhuǎn)染效率比線性DNA高得多,特別是瞬時轉(zhuǎn)染。而線性化DNA轉(zhuǎn)染的整合幾率高。質(zhì)粒太大了轉(zhuǎn)染會困難一些。畢竟,相對致密、較小的外源異物被細胞內(nèi)吞的幾率要大一些。如果你的質(zhì)粒正好比較大,又沒有經(jīng)驗,選擇特別注明可以轉(zhuǎn)大質(zhì)粒的轉(zhuǎn)染試劑成功幾率會高一些。有的轉(zhuǎn)染試劑還會提供一些促進DNA凝聚的成分,使得DNA形成轉(zhuǎn)染復(fù)合物時更致密一些,更容易轉(zhuǎn)染一些。
純化質(zhì)粒的質(zhì)量無疑會影響轉(zhuǎn)染效率。哺乳動物細胞總歸是比大腸桿菌嬌氣,轉(zhuǎn)染難度高些,因而要求的DNA純度要更高些。早年要做轉(zhuǎn)染真是大陣仗啊,光是提質(zhì)粒做超離就令人皺眉。令人頭疼的是內(nèi)毒素了。內(nèi)毒素是革蘭氏陰性菌細胞壁上*的成分,主要是脂多糖中的類脂A(lipopolysaccharides),在細菌被裂解時被釋放出來,由于其化學結(jié)構(gòu)和特性,在質(zhì)粒提取的過程中內(nèi)毒素很容易混入質(zhì)粒DNA中共同純化出來。內(nèi)毒素的存在會嚴重地影響轉(zhuǎn)染效率,此外內(nèi)毒素可能會激活造血細胞(例如B細胞、巨嗜細胞等)的非特異免疫反應(yīng),造成實驗中的假陽性。所以質(zhì)粒DNA轉(zhuǎn)染時應(yīng)盡量采用無內(nèi)毒素污染的超純質(zhì)粒。幸好技術(shù)的進步令復(fù)雜的操作成為過去,多數(shù)實驗室會選擇使用轉(zhuǎn)染級別的質(zhì)粒純化試劑盒純化的質(zhì)粒來轉(zhuǎn)染。對于一些“耐受性高、容易操作的”細胞株,普通的Kit已經(jīng)夠了。對于一些對內(nèi)毒素特別敏感的細胞,就要用“去內(nèi)毒素”的質(zhì)粒純化Kit了。
質(zhì)粒DNA的濃度和量
既然質(zhì)粒純化已經(jīng)不成問題,初學者通常都不會在乎甚至愿意多加點DNA,但是要注意的是,DNA量過少固然轉(zhuǎn)染效率不高,DNA量過多同樣會降低轉(zhuǎn)染效率。有的初學者習慣按照說明書123地去操作而不求甚解,你“知其然”是否還“知其所以然”呢?DNA:轉(zhuǎn)染試劑的比例的優(yōu)化是非常重要的,特別是對于陽離子脂質(zhì)體、多胺等帶電荷的轉(zhuǎn)染試劑來說,DNA-轉(zhuǎn)染復(fù)合物所帶的凈電荷是由轉(zhuǎn)染試劑和DNA的比例決定的,而轉(zhuǎn)染復(fù)合物是否能更好地結(jié)合到帶負電的細胞膜上,很大程度取決于這個凈電荷。所以預(yù)實驗需要按照說明書的要求,按一定比例混合適量的質(zhì)粒DNA和轉(zhuǎn)染試劑。有的轉(zhuǎn)染試劑要求DNA的量多些,有的轉(zhuǎn)染試劑效率高只要很少DNA,比如Effectene只需要常規(guī)五分之一的DNA。所以轉(zhuǎn)染前hao能定量質(zhì)粒。另外由于質(zhì)粒本身的因素(比如目的基因產(chǎn)物是否有毒、啟動子強弱等因素),單獨DNA也會對細胞生長有一個基礎(chǔ)的影響,所以同時做幾組不同量的對照實驗進行優(yōu)化是很有幫助的。另外值得注意的是,當細胞鋪板密度較高時,需要的質(zhì)粒DNA和轉(zhuǎn)染試劑的量也會略微提高。
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