分子生物学:真核生物表达系统

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(1)、劳斯肉瘤病毒(Rous sarcoma virus,RSV),在病毒颗粒内含有四条 RNA分子,较大的两条为反转录病毒 基因组,它编码病毒的全部遗传信息, 另外两条小的RNA分子为寄主细胞的 tRNATrp。
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(2)、pLNCX:由Clontech公司构建 的,含有Moloney小鼠白血病病毒和 Moloney小鼠肉瘤病毒的一些元件及 来自pBR322的一些元件组成。
逆 转 录 病 毒 载 体 稳 定 、 长 期 表 达 外 源 基 因41
2、腺病毒载体:人腺病毒包括六 个亚属,目前用来构建基因表达载 体的腺病毒主要是C亚属的2型病毒 和5型病毒。为双链线性DNA,在 双链DNA的两端各有一个反向重复 序列LTR,
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糖基化 分泌 折叠 磷酸化 酰基化 酰胺化
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酵母细胞 0~10%
+/- + + +/- + + -
昆虫细胞 0~30%
+ + + + + + +
哺乳动物细胞 0~1%
+ + + + + + +
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0~60% +/-
- +/- +/- - - -
二、真核细胞表达外源基因的意义 研究基因表达产物的功能 生产有生物活性的蛋白质
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4、人疱疹病毒(EBV)衍生载体:EB 病毒可以将休止状态的人B淋巴细胞 转化为能在培养基条件下无限增殖的 分裂母细胞。以EB病毒DNA为基础构 建的表达载体可在范围广泛的哺乳动 物细胞中低水平或中等水平表达外源 基因,对允许插入的外源基因片段的 大小没有严格的限制。
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1、将目的基因导入各种细胞中,观察 表达产物对细胞活动的影响从而推论其 功能特征
2、通过突变研究基因表达产物功能区 及关键位点 3、制备过量表达产物用于结构分析
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外源基因导入真核细胞的基本方法 DEAE葡聚糖法 磷酸钙共沉淀法 脂质体介导法 醋酸锂法 电穿孔法 显微注射法
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常用的哺乳动物表达质粒载体 1、pcDNA3.1:由Invitrogen公司提 供的目前应用最多的真核质粒表达 载体之一。其主要特征包括: 1)有高效表达的CMV启动子 2)有多克隆位点 3)有牛生长激素多腺苷酸化信号
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pSI:该质粒出自Promega公司,含 SV40增强子区,在其下游还有珠蛋 白/IgG嵌合内含子,可进一步增强表 达。多腺苷酸化信号为晚期SV40多 腺苷酸化信号。可用于瞬时转染和 稳定转染。该载体本身不含选择标 记,若用于稳定转染,必须与含选 择标记基因的表达载体一起进行共 转染。
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实例:组织血纤维蛋白溶酶原激活 因子(tPA)、红细胞生成素(EPO)、人 DNA酶。在大肠杆菌中表达tPA时, 产生错折叠和非糖基化,而在酵母 中表达tPA产生过糖基化,二者的产 物都没有生物活性。
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分泌型哺乳动物细胞表达系统
哺乳动物细胞表达系统可以通过设计,使外 源重组蛋白直接分泌到培养基中。这个重组表达 单位包括N末端的信号肽,其作用是起始新生肽 链插入到内质网中,此信号肽在分泌过程中被切 除,从而产生具正确N端的重组蛋白质。从内质 网到高尔基体再到细胞外空间的分泌过程产生糖 基化和防止蛋白被胞内蛋白酶水解。分泌过程也 使蛋白质二硫键正确配对和正确折叠。
(一)质粒型载体:通过对细菌质粒改造 获得。一般为在原质粒的基础上,插入了 一些病毒或其它一些物种及人的基因表达 调控序列。 1、哺乳动物细胞质粒表达载体的结构 典型的哺乳动物细胞表达载体需要以下顺 式作用元件:
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(1)启动子
常用的启动子种类及其各自的强度 启动子 EF -1 CMV RSV SV40 later SV40 early Adeno major late β-globin 来 源 强 度
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pCMV-HA:为Clontech公司产品, 该质粒载体含CMV启动子,在CMV 下游的内含子为晚期SV40 19S mRNA内含子及SV40 16S mRNA内 含子,在N端有血凝素(HA)表位标签 和氨基苄青霉素抗性基因选择标记。
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病毒感染 转染
化学法
物理法
三、外源基因在真核细胞中表达的主 要方式 1、瞬时表达:转染的DNA未与宿主 染色体整合,不能随宿主基因组的复 制而扩增,只能在细胞内维持2~3天 2、稳定表达:转染的DNA与宿主染 色体整合,能随宿主基因组的复制转 录和翻译,并被稳定遗传。
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哺乳动物细胞表达体系的优点
• 哺乳动物细胞表达体系的种类和数目已经 发展很快。
• 哺乳动物细胞表达体系有很多其他体系不 能与之相比的优势。它具有复杂的翻译后 加工系统,糖基化以及二硫键在合成和分 泌过程中自然而然的正确形成。哺乳动物 细胞具有产生正确折叠和完全生物活性的 蛋白质。
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五、外源基因在真核细胞中表达产物 的鉴定和纯化 mRNA的鉴定 蛋白产物鉴定 mRNA的鉴定:印迹杂交或反转录PCR 蛋白产物鉴定:免疫印迹或电泳 提取方法有:沉淀法、电泳法、层析法 等
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哺乳动物细胞表达系统
哺乳动物细胞 表达系统是生产天然蛋白 的理想表达系统,是目前应用最广泛的 动 物细胞 表达系统。其优点和缺点都极其显 著。产物的 抗原性、免疫原性和功能 与 天 然蛋白质 最接近,糖基化等后加工最精确。 一般会产生正确加工的、有活性的蛋白。
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哺乳动物细胞表达载体中常用的多腺苷酸化区
Poly A区 BGH 来 源 效 3 率
牛生长激素
SV40 late
TK SV40 early
猿猴病毒40晚期基因
单纯疱疹病毒腺激酶 猿猴病毒40早期基因
2
1.5 1
Hep B
乙肝表面抗原
1
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(3)选择标记 1)药物选择标记基因 a、APH或neor基因:新霉素、庆大霉 素及卡那霉素的结构类似物氨基糖苷G418可以干扰真核细胞核糖体的功能而 阻止蛋白质的合成。APH或neor基因编 码氨基糖苷磷酸转移酶,使G-418灭活。 转染细胞由于表达氨基糖苷磷酸转移酶, 因此可以在含G-418的培养基中生长。
人延长因子1基因 人巨细胞病毒立早基因 劳斯肉瘤病毒LTR 猿猴病毒40晚期基因 猿猴病毒40早期基因 腺病毒主要晚期启动子 小鼠β-珠蛋白基因
40~160 4 2 1.1 1 0.4 0.2
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(2)多聚腺苷酸化信号(加尾信号):所 有真核细胞mRNA3ˊ末端都具有Poly(A)结 构,多腺苷酸化信号一般由位于多腺苷酸化 位点上游11~30核苷酸的保守序列AAUAAA 和一个下游的GU或U富含区组成,
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二、病毒型载体 1、逆转录病毒载体:为RNA病毒, 进入处于增殖状态的细胞后,在细 胞分裂过程中反转录成DNA并整合 入宿主基因组而进行稳定表达。整 合位点随机,在基因组内的整合可 能破坏一些重要的基因位点
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二、病毒型载体
• 逆转录病毒是RNA病毒,RNA基因组转变 成DNA,能有效地整合到宿主基因组中,长 久地在宿主基因组中寄宿,并在每次细胞分 裂时,随宿主DNA一起复制。 • 整合的原病毒依靠基因组末端的强启动子 (长末端重复LTR序列)稳定地产生病毒RNA。 此病毒RNA既产生病毒蛋白质的mRNA,又 产生新病毒的基因组RNA。
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猴多瘤病毒DNA(SV40)
SV40的基因组DNA
t / T基因编码病毒的小抗原和大 抗原与病毒的致癌作用密切相关 SV40在裂解宿主细胞前的晚期状 态时,每个宿主细胞含有105个病毒 DNA拷贝,因此十分适合用于高效表 达外源蛋白
1、真核蛋白在原核宿主中不稳定
2、表达出来的蛋白质不能有效、正 确的折叠及二硫键配对错误 3、缺乏信号肽切除、糖基化、磷酸 化和羧化等翻译后修饰以及对原核 细胞有毒性。
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一、真核细胞表达宿主的种类及优势
不同表达系统蛋白质表达及翻译后修饰情况的比较 大肠杆菌 产率 蛋白酶消化
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3、牛乳头瘤病毒(BPV)病毒基因组 为双链DNA,全长7095kb。能在体 外转化啮齿动物细胞,转化受体细 胞后以染色体外DNA的形式存在, 细胞中病毒DNA的拷贝数一般可达 到20~100。以BPVDNA构建的表达 载体可以在多种哺乳动物细胞中低 水平或中等水平表达。
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第一节 概述 在进行人的特定基因表达时,真核 细胞表达系统是首要的选择,尤其 是对于功能性膜蛋白、需要翻译后 修饰蛋白、分泌型蛋白和多蛋白复 合体中的蛋白组分等,这些蛋白质 往往只能在真核细胞表达系统中才 能获得有活性的表达产物。其原因 有:
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pTRE:与pTet-Off(或pTet-On)质粒 一起构成四环素或强力霉素诱导表达 载体系统多用于建立细胞毒性基因稳 定转染的细胞系,并研究该基因诱导 表达对细胞的影响
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b、ADA基因:ADA基因编码腺苷酸 脱氨酶,Xyl-A经磷酸化转化为XylATP并结合到核酸分子中而导致细胞 死亡。ADA可以使之转变为肌苷衍生 物而解毒。 c、博来霉素抗性基因: d、HPH基因:该基因编码潮霉素B磷 酸转移酶
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2)报告基因: 氯霉素乙酰转移酶(CAT) 3)表位标签 常用的表位标签有GST(谷胱甘肽转移 酶)、人IgG1的Fc区、FLAG等
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分泌蛋白新生肽链N端的一段20~ 30氨基酸残基组成的肽段。将分泌 蛋白引导进入内质网,同时这个肽 段被切除。现这一概念已扩大到决 定新生肽链在细胞中的定位或决定 某些氨基酸残基修饰的一些肽段。
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第二节外源基因在哺乳动物细胞中表达 一、哺乳动物细胞表达载体
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但该表达系统的 表达水平较低 、 培养基 昂贵、生长缓慢、含有过敏物质 等缺点在 实际应用过程中较难避免。哺乳动物细胞 表达系统通常用来生产用 常规方法无法获 得 的 真核细胞蛋白 。如EPO,TNF受体, 基因工程单抗等。 CHO(中国仓鼠卵巢)是目前重组糖蛋 白生产的首选体系。
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DNA U3 U3 R U5 R
SD Ψ gag pol
SA env U3 U3 PB(+) R U5 R
逆 病 毒 的 结 构 和 载 体 结 构
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PB(-) mRNA
5'
R U5
Ψ
gag
pol
env
U3
R
AAAA 3'
5'
R U5
+
env
U3
R
AAAA 3'
SD
SA
P
IRES
IRES--Internal Ribosome Entry Site
Ap
r
40
ori
原病毒DNA转 染进包装细胞 中,包装原病 毒产生将病毒 RNA包装成感 染性病毒粒子 的所有蛋白质 ,但却不能包 装自身的RNA
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pBudCE4.1:是Invitrogen公司的一 个双启动子(CMV和EF-1α)质粒 载体,在每个启动子下游都有多克 隆位点,用此质粒可同时实现两个 基因的独立表达。若用来制备稳定 表达的细胞株,该载体可以确保相 同拷贝数的基因被同时表达。
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(4)复制子:哺乳动物基因表达载体的 复制子一般采用病毒基因组的复制子, 由于某些病毒可以在哺乳动物宿主细胞 内进行自主复制。不同的病毒复制子的 工作效率不同,常用于构建哺乳动物表 达载体的复制子有SV40、多瘤病毒和牛 乳头瘤病毒等的复制子。
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