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哺乳細胞表達系統如何提高表達量?

日期:2023-06-09 13:48:33


    哺乳細胞表達系統是目前最常用的蛋白質表達與生產系統之一,廣泛應用于藥物研發、生物技術領域。然而,由于種種因素的影響(例如DNA序列、啟動子、信號肽、轉座子、轉染方式等),蛋白質在哺乳細胞中的表達量往往不能滿足實際需要。如何提高哺乳細胞表達系統的表達量,是一個備受關注的問題。本文就此進行探討。
 
一、優化啟動子
 
    啟動子是轉錄過程的起始位點,對基因表達調控起重要作用。常見的啟動子有CMV、SV40以及EF1α等。在哺乳細胞表達系統中,CMV啟動子是最為廣泛使用的啟動子之一,但是它在長時間表達時容易受到啟動子取向效應和剪切效應的影響,導致表達水平下降。此時,可以采用其他常用啟動子或構建自定義啟動子,或者在CMV啟動子的5'端添加增強子,來提高基因表達。
 
二、優化信號肽
 
    信號肽是蛋白質分泌過程中最重要的調控元件之一,它決定了蛋白質的定位和適當的反式折疊。因此,對信號肽進行優化也是提高哺乳細胞表達系統表達量的重要手段。常用的信號肽如Igκ、tPA、hGH等,可以根據不同的目標蛋白進行選擇或構建。
 
三、使用轉座子
 
    轉座子是一種廣泛存在于細菌和真核生物中的可移動遺傳元件,能夠引導DNA的自由運動,具有高效率和高精度的基因定位和修飾功能。因此,在哺乳細胞表達系統中使用轉座子可以有效提高基因表達。主要有Sleeping Beauty、piggyBac、Tol2等轉座子系統可供選擇,其中Sleeping Beauty應用最為廣泛。
 
四、優化細胞培養條件
 
    細胞培養條件是影響表達的另一個重要因素。哺乳細胞表達系統中,常用的細胞為CHO、HEK293、293F等細胞。在細胞培養過程中,溫度、CO2濃度、pH值、營養物質和培養時間等因素對細胞狀況及蛋白質表達效果都有著重要作用。因此,合理優化細胞培養條件可以提高蛋白質表達量。
 
五、采用輔助技術
 
    在哺乳細胞表達系統中,可采用以下輔助技術來優化基因表達。
 
    (1)使用流式細胞術篩選高表達細胞:通過熒光標記融合蛋白,利用流式細胞術分離高表達細胞,提高表達水平。
 
    (2)利用小分子化合物調節蛋白質表達:如butyrate和Na Butyrate可以促進CHO和HEK293細胞的表達,而dimethyl sulfoxide(DMSO)則能提高一些難表達的蛋白表達水平。
 
    (3)輔助蛋白質折疊和翻譯:如使用甘露醇、DMSO、輔酶Q10等小分子化合物,可以促進蛋白質折疊和翻譯,提高表達水平。
 
    優化哺乳細胞表達系統的表達量需要多方面的考慮,并非只有一個單一因素可以解決問題。需要針對具體的研究目的和實驗條件,選擇適當的優化方法和策略。


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