报告基因概论

合成的 Chroma-LucTM 萤光素酶载体骨架
SV40 启动子
SV40 增强子
Chroma-LucTM
Control
基因
(合成的或天然的基因)
Basic
Chroma-LucTM
基因
SV40 增强子
Enhancer
Chroma-LucTM
基因
Chroma-Glo™ 检测的化学
Luciferase Luciferin + ATP + O2
•
辅助报告基因的相对萤光单位 (RLU) 启动子交叉交谈或互相干扰 实验刺激给辅助报告基因的不必要的 调节
Байду номын сангаас
•
•
载体-海肾萤光素酶报告基因载体
第二代 phRL-null phRL-TK phRL-TK (int-) phRL-SV40 phRL-CMV phRG-B phRG-TK 第一代 pRL-null pRL-TK pRL-SV40 pRL-CMV
Luciferase: Co-substrates: Luciferin:
Oxyluciferin + AMP + PPi + CO2 + Light
Monomeric, 61,000 Daltons ATP . Mg 2+
不同颜色，同样试剂？
C2´ C2
不旋转，较多 能量, 黄绿光 旋转，较少 能量，红光
DLR Assay Kinetics
DLRTM For HTS
DLR™双报告基因检测系统应用举例
原文见: http://www.promega.com/enotes/applications/ap0016_print.htm
α－黑色素刺激激素(α-MSH)对由人酪氨酸酶启动子／ 增强子控制的萤光素酶的表达的诱导(Promega eNotes)
• 细胞可能有内源脱乙酰基酶 β-Gal 或 GUS 活性. • CAT, β-Gal 和 GUS 检测是终点检测. • 不能同时对在一个管中组合了萤光素酶和CAT,或βGal ,的两个报告基因的检测都灵敏而快速．
双萤光素酶报告基因系统比用CAT和ß-Gal做内对照的优点
• 速度
– 样品不需预处理，不需孵育。两次检测在几秒种内 完成
phRL-TK(Int-)
三个读码框的 终止密码子
MCS
phRG-B
合成 poly(A) 信号 转录停止位点
三个读码框的 终止密码子
TK 启动子
phRG-TK
合成 poly(A) 信号 转录停止位点
用萤火虫和海肾两个萤光素酶做报告基因
• Dual-Luciferase® 双萤光素酶报告基因系统 （非均质检测）
SEAP（分泌性碱 性磷酸酶） CAT（氯霉素转乙 酰基酶） GFP（绿色荧光蛋 白）
•分泌性报告基因 (不需裂 解)
-真核细胞没有背景表达 -易于使用 -设备现成(液闪仪,层析) •显微镜: 亚细胞定位 •不需底物
萤光素酶报告基因的主要优点
• • • • 非放射性。 检测快（比CAT等）。 灵敏度高（可比CAT检测灵敏度高100倍）。 半衰期短。（在理想条件下，可检测到10-20 摩尔的
萤光素: (Coelenterazine)
Enzyme structures
Firefly
Renilla
为什么要使用双报告基因
报告基因 A (首要信号)
报告基因 B (第二信号)
特异生物学反馈 + 非特异生物学反馈
非特异生物学反馈 检测结果
比较首要与第二信号确定 特异生物学反馈
传统的双报告基因的缺点
均质检测与非均质检测
均质检测
发光
细胞+培养基
添加试剂
非均质检测
发光 细胞+培养基
除去培养基
清洗细胞
裂解细胞
添加试剂
Dual-Glo™萤光素酶检测系统
试剂盒组成 • • • • Dual-Glo™萤光素酶缓冲液 Dual-Glo™萤光素酶底物（冻干粉） Dual-Glo™Stop-Glo®缓冲液 Dual-Glo™Stop-Glo®底物
萤光素酶分子。在哺乳动物细胞中半衰期3小时，在植 物细胞中半衰期3.5小时。而CAT在哺乳动物细胞中的 半衰期约50小时）。
• 线形范围广。 （在10-16 M(10pg/L)至10-8 M(1mg/L)
范围内,光强度与萤光素酶浓度成正比）。 • 一般比显微镜检测的荧光更灵敏 (对多孔板而言)。 • 生物萤光比荧光更稳定,因为自然界进化的酶能保护光 子发射器。 • 通过基因工程可以延伸生物萤光的性能和能力。
Renilla 萤光素酶载体系列
MCS 内含子 T7 启动子 hRL 基因 SV40 晚poly(A)
phRL-null
HSV TK 启动子
phRL-TK
CMV即时早期增强子/启动子
phRL-CMV
SV40 早期 增强子/启动子
phRL-SV40
Renilla 萤光素酶载体系列
TK 启动子 hRL 基因 SV40 晚 poly(A)
• 灵敏
– 两个萤光素酶的线性范围超过7个酶浓度数量级。内 源萤光素酶背景极低
• 方便
– 一管完成检测，样品不必分份
用两个萤光素酶做报告基因 （萤火虫+海肾）
实验质粒 萤火虫萤光素酶
对照质粒
海肾萤光素酶
用海肾萤光素酶作对照归一实验变化
归一反应 = 实验的 (萤火虫萤光素酶) 对照的（海肾萤光素酶)
数据处理举例
第一天 样品处理重复 对照 Ｆ 萤光素酶活性(RLU) Ｒ 比率 （F:R) 归一的活性 变化倍数
１ ２ ３
处理Ａ
5,128 7,553 10,555 7,745
2,511 3,815 5,413 3,913
1.98
1.00
１ ２ ３
处理B
5,1376 4,467 40,712 3,574 88,787 7,654 6,0292 5,232 587,635 988,347 409,881 661,954 5,144 8,832 3,564 5,847
加工
蛋白质折叠
翻译
启动子/增强子分析
• “碰撞启动子”: 1) 全序列: 2) 逐步缺失:
Promoter Promoter
luc+
Light
luc+ luc+
Light
Promoter
Firefly and Renilla
萤火虫生物萤光的化学
萤光素酶 萤光素 + ATP + O2 Mg2+
萤光素酶: 辅-底物:
双萤光素酶报告基因技术 的应用
戴吉芮 博士 技术服务代表 Promega 北京办事处
自然界的萤光
发光真菌 发光节虫
发光海星
发光甲壳虫
自然界的萤光
发 光 鱼
发 光 甲 虫
自然界的萤光
萤 火 虫
报告基因的作用
• • • • • • 细胞信号转导途径 启动子/增强子 受体结合 病毒/细胞相互作用 转录因子 药物诱导作用或”效果”
• • 目的：监测细胞对α-MSH诱导的应答 材料： 实验载体：pGL3-Try14A:人酪氨酸酶启动子／增强子＋Luc(+) 阳性对照：pGL3-Control 阴性对照：pGL3-Basic 内对照：pRL-SV40 B16-F1细胞（鼠黑素瘤细胞系CRL-6323) DLR ™双萤光素酶检测试剂盒
•
步骤 前一天：接种细胞，六孔板X3 第二天：共转染：pGL3-Try14A和pRL-SV40 pGL3-Control 和 pRL-SV40 pGL3-Basic 和 pRL-SV40 裂解细胞，测量萤光
（分成两组）
Dual-Glo™萤光素酶检测系统
检测特点 •均质检测，为高通量检测而设计 •萤光信号稳定，2hrs内检测 •自发萤光低于检测水平
– E1910，100次 – E1960，E1980，1000次
• Dual-GloTM 萤光素酶检测系统 （均质检测）
– E2920，10ml – E2940，100ml – EE2980，10X100ml
Dual-Luciferase™ 双萤 光素酶报告基因系统
整和了萤火虫萤光素酶和海肾萤光素 酶检测的先进的辅助报告基因系统
各种报告基因的优点和缺点
报告基因 萤光素酶 优点
•优越的灵敏度 –高信号值 –无内源活性 •灵敏度好 •灵敏度好 •植物中内源活性低 •需要底物
缺点
ß-gal GUS（葡糖醛酸糖 苷酶）
•细菌，血清等内源活性高 •需要底物 • 90% 的 E.coli, 人／动物细胞中 有内源活性 •酶的扩散可引起 “过度报告” •需要底物 •在 HeLa , 癌 和其它细胞类型 中有高的内源活性 •需要底物 •放射性的 •灵敏度底 •50ｈ半衰期 •背景可能高 •折叠 “情形” 可导致信号差别
0.76 0.71 0.79 0.74
第二天处理Ｃ计算如下：
1.00
１
２ ３
处理D
Δ活性倍数 (791,021/19,154) =
41,30 55,81
（16,062/21,631)
1
2 3
14,865 19,3-05 8,967 12,284 13,767 20,246 12,533 17,278
= 55.81
0.73 0.99
GloMax ™ 20/20 Single tube luminometer
GloMax ™ 96 luminometer
White microplates for luminescence
Promega公司出品的双报告基因实验产品
• 质粒
– 萤火虫萤光素酶质粒 – 海肾萤光素酶质粒 – 叩头虫萤光素酶质粒
• 检测系统
– 非均质双报告基因检测系统（通量较低） – 均质的双报告基因检测系统（适合高通量，自动化）
载体- 萤火虫萤光素酶载体
•pGL3 家族
pGL3-Basic pGL3-Control pGL3-Enhancer pGL3-Promoter
pGL3-Basic Map
内对照载体可能存在的问题
操作步骤
用两个萤光素酶做报告基因 ----加一次试剂,读两色萤光值 Chroma-LucTM载体 Chroma-Glo®检测试剂
E.Coli 表达的Chroma-LucTM 基因
Chroma-LucTM 基因
三个基因: 1. CBRluc – 发红光的萤光素酶 2. CBG99luc – 发绿光的萤光素酶 99.0% DNA 相同于 CBRluc 3. CBG68luc -发绿光的萤光素酶 68.9% DNA相同于 CBRluc
Chroma-LucTM 萤光素酶检测滤光片选择
120
510/60nm
Percent of maximum luminescence 100
CBG68luc CBG99luc CBRluc
610nm Long pass
Δ活性倍数
11.52 5.82
1 2 3
第二天 对照
(F/R)样品
=
113.21 57.18
F/R)对照
１ ２ •
处理Ｃ
15,529 20,433 21,897 30,841 10,760 13,620 16,062 21,631 850,239 578,951 943,873 791,021 20,843 14,830 21,788 19,154
Dual-Luciferase®报告基因检测系统组分
• • • • •
检测缓冲液II 底物（冻干粉） Stop&Glo®缓冲液 Stop&Glo®底物,50X 被动裂解液,5X
双萤光素酶检测方案
Luciferase Assay Reagent II 1 支试管 2 步检测 30 秒钟 Stop&Glo Reagent Passive lysis buffer
Oxyluciferin + AMP + PPi + CO2 + Light
单体, 61,000 Daltons ATP . Mg 2+
萤光素:
海肾萤光素酶反应
Coelenterazine + O2
萤光素酶:
萤光素酶
Coelenteramide + CO2 + Light
单体, 36,000 Daltons
萤光素酶报告基因的使用
• 原理:
– 制备含有 luc/ Rluc 的DNA
调节序列
Luc２
– 转染
– 提供刺激
– 测量萤光
在活细胞中做报告基因检测
外界刺激(导引物) 受体 蛋白-蛋白 相互作用 病毒感染 和增殖 调节序列 信号转导 转录因子 萤光素酶基因 转录 RNA 酶 反义 RNA
RNAi 抑制
操作步骤
• 试剂制备简单
– 将Dual-Glo™ 萤光素酶缓冲液倒入 Dual-Glo™ 萤光素酶底物 中 – 用Dual-Glo™ Stop &Glo® 缓冲液按1:100 稀释 Dual-Glo™ Stop &Glo® 底物 – 所有的缓冲液存于室温, 所有的底物存于 –20°C
• 两步加入试剂: 加, 读, 加, 读 • >10,000 倍信号分离 (淬灭)