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如何阅读基因载体图谱?(一)

2020.4.27

基因载体是基因工程的核心,也是基因治疗中强有力的生物工具,我们先来认识和阅读载体图谱吧。

 

一、载体分类及载体组成元件

载体分类

1、按属性分类:病毒载体和非病毒载体

病毒载体是一种常见的分子生物学工具,可将遗传物质带入细胞,原理是利用病毒具有传送其基因组进入目的细胞,进行感染的分子机制。可发生于完整活体或是细胞培养中。可应用于基础研究、基因疗法或疫苗。用于基因治疗和疫苗的病毒载体应具备以下基本条件:

(1)携带外源基因并能包装成病毒颗粒;

(2)介导外源基因的转移和表达;

(3)对人体不致病;

(4)在环境中不会引起增殖和传播。

非病毒载体一般是指质粒DNA。

2、按进入受体细胞的类型分类:原核载体、真核载体、穿梭载体(含原核和真核2个复制子,能在原核和真核细胞中复制,并可以在真核细胞中有效表达)。

3、按功能分类:克隆载体、表达载体

克隆载体:具有克隆载体的基本元件(Ori,Ampr,MCS等),可以携带DNA片段或外源基因进入受体细胞并克隆和大量扩增DNA片段(外源基因)的载体。

表达载体:克隆载体中加入一些与表达调控(具有转录/翻译所必需的DNA顺序)有关的元件即成为表达载体。

载体组成元件

1、复制起始位点Ori:即控制复制起始的位点。Ori的箭头指复制方向,其他元件标注的箭头多指转录方向(正向)。

2、抗生素抗性基因:可以便于加以检测,如Amp+ ,Kan+

(1)Ampr:水解β-内酰胺环,解除氨苄的毒性。

(2)tetr :可以阻止四环素进入细胞。

(3)camr:生成氯霉素羟乙酰基衍生物,使之失去毒性。

(4)neor(kanr):氨基糖苷磷酸转移酶,使G418(卡那霉素衍生物)失活。

(5)hygr:使潮霉素β失活。

3、多克隆位点:MCS克隆携带外源基因片段,它具有多个限制酶的单一切点,便于外源基因的插入。如果在这些位点外有外源基因的插入,会导致某种标志基因的失活,便于筛选。决定能不能放目的基因以及如何放置目的基因。还要再看外源DNA插入片段大小。质粒一般只能容纳小于10kb的外源DNA片段。一般来说,外源DNA片段越长,越难插入,越不稳定,转化效率越低。

4、P/E:启动子/增强子

5、Terms:终止信号

6、加poly(A)信号:可以起到稳定mRNA作用

示例阅读载体:

pENTER载体

2018060852523760.jpg

 

1)human ORF + pENTER载体 

2) CMV启动子,T7启动子 

3) ORF的C端融合了Flag和His tag

4)  多克隆位点,常用AsisI 和 MluI(人源基因上不常见的) 

4) SV40 poly(A)加尾信号

5) SV40启动子启动的puro标记 

6) 2个腺病毒ITR序列和2个与腺病毒Ad5同源的序列,可用于将ORF序列同源重组到腺病毒载体,直接用于腺病毒的生产。

慢病毒载体

2018060852549608.jpg

 

1)EF1a启动目的基因(可添加小标签FLAG或HIS等小标签) 

2)CMV启动GFP,非融合抗性筛选标记Puro(便于做细胞株的稳筛)

3)WPRE(来自土拨鼠肝炎病毒的转录后调节元件),放置在目的基因的上游,能加强转基因的表达

4)  cPPT(来自HIV-1整合酶基因),增加慢病毒在宿主基因组的拷贝数,提高病毒滴度

5)第三代慢病毒载体,载体中还包含HIV-1基因组中的顺式调节元件(ψ 包装 信号和LTR 长末端重复序列,其中3’LTR增强子功能缺失,5’LTR中U3区替代为CMV,更加安全的病毒载体)

腺相关病毒载体

2018060852571184.jpg

AAV表达载体包括了中两个ITR + CMV(可替换其他组织特异性启动子,见改造载体部分)+ globin intron 内含子序列 + 目的基因 + poly A序列


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