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細(xì)胞轉(zhuǎn)染的途徑及影響轉(zhuǎn)染試驗(yàn)的因素

瀏覽次數(shù):181 發(fā)布日期:2025-3-19  來(lái)源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責(zé)任自負(fù)
細(xì)胞轉(zhuǎn)染是指將外源分子如DNA,RNA等導(dǎo)入真核細(xì)胞的技術(shù)。隨著分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)研究的不斷發(fā)展,轉(zhuǎn)染已經(jīng)成為研究和控制真核細(xì)胞基因功能的常規(guī)工具。在研究基因功能、調(diào)控基因表達(dá)、突變分析和蛋白質(zhì)生產(chǎn)等生物學(xué)試驗(yàn)中,其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
 
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轉(zhuǎn)染
是將外源性基因?qū)爰?xì)胞內(nèi)的一種專門技術(shù)。隨著基因與蛋白功能研究的深入,轉(zhuǎn)染已成為實(shí)驗(yàn)室工作中經(jīng)常涉及的基本方法。轉(zhuǎn)染大致可分為物理介導(dǎo)、化學(xué)介導(dǎo)和生物介導(dǎo)三類途徑。電穿孔法、顯微注射和基因槍屬于通過(guò)物理方法將基因?qū)爰?xì)胞的范例;化學(xué)介導(dǎo)方法很多,如經(jīng)典的磷酸鈣共沉淀法、脂質(zhì)體轉(zhuǎn)染方法、和多種陽(yáng)離子物質(zhì)介導(dǎo)的技術(shù);生物介導(dǎo)方法,有較為原始的原生質(zhì)體轉(zhuǎn)染,比較多見(jiàn)的各種病毒介導(dǎo)的轉(zhuǎn)染技術(shù)。理想細(xì)胞轉(zhuǎn)染方法,應(yīng)該具有轉(zhuǎn)染效率高、細(xì)胞毒性小等優(yōu)點(diǎn)。病毒介導(dǎo)的轉(zhuǎn)染技術(shù),是轉(zhuǎn)染效率最高的方法,同時(shí)具有細(xì)胞毒性很低的優(yōu)勢(shì)。但是,病毒轉(zhuǎn)染方法的準(zhǔn)備程序復(fù)雜,常常對(duì)細(xì)胞類型有很強(qiáng)的選擇性,在一般實(shí)驗(yàn)室中很難普及。其它物理和化學(xué)介導(dǎo)的轉(zhuǎn)染方法,則各有其特點(diǎn)。
 
一、轉(zhuǎn)染的途徑:
 

轉(zhuǎn)染的途徑大致可分為物理介導(dǎo)、化學(xué)介導(dǎo)和生物介導(dǎo)三類:

1.物理介導(dǎo):電穿孔法、顯微注射和基因槍屬于通過(guò)物理方法將基因?qū)爰?xì)胞的范例。
 
2.化學(xué)介導(dǎo):方法很多,如經(jīng)典的磷酸鈣共沉淀法、脂質(zhì)體轉(zhuǎn)染方法、和多種陽(yáng)離子物質(zhì)介導(dǎo)的技術(shù)。

3.生物介導(dǎo):方法有較為原始的原生質(zhì)體轉(zhuǎn)染,和現(xiàn)在比較多見(jiàn)的各種病毒介導(dǎo)的轉(zhuǎn)染技術(shù)。
理想細(xì)胞轉(zhuǎn)染方法,應(yīng)該具有轉(zhuǎn)染效率高、細(xì)胞毒性小等優(yōu)點(diǎn)。病毒介導(dǎo)的轉(zhuǎn)染技術(shù),是目前轉(zhuǎn)染效率最高的方法,同時(shí)具有細(xì)胞毒性很低的優(yōu)勢(shì)。但是,病毒轉(zhuǎn)染方法的準(zhǔn)備程序復(fù)雜,常常對(duì)細(xì)胞類型有很強(qiáng)的選擇性,在一般實(shí)驗(yàn)室中很難普及。其它物理和化學(xué)介導(dǎo)的轉(zhuǎn)染方法,則各有其特點(diǎn)。
 
需要指出的一點(diǎn),無(wú)論采用哪種轉(zhuǎn)染技術(shù),要獲得最優(yōu)的轉(zhuǎn)染結(jié)果,可能都需要對(duì)轉(zhuǎn)染條件進(jìn)行優(yōu)化。影響轉(zhuǎn)染效率的因素很多,從細(xì)胞類型、細(xì)胞培養(yǎng)條件和細(xì)胞生長(zhǎng)狀態(tài),到轉(zhuǎn)染方法的操作細(xì)節(jié),都需要考慮。
 
二、常用步驟:
 

1. 轉(zhuǎn)染試劑的準(zhǔn)備
 
① 將400ul去核酸酶水加入管中,震蕩10秒鐘,溶解脂狀物。
② 震蕩后將試劑放在-20攝氏度保存,使用前還需震蕩。
2. 選擇合適的混合比例(1:1-1:2/脂質(zhì)體 [1]體積:DNA質(zhì)量)來(lái)轉(zhuǎn)染細(xì)胞。在一個(gè)轉(zhuǎn)染管中加入合適體積的無(wú)血清培養(yǎng)基。加入合適質(zhì)量的MyoD或者EGFP的DNA,震蕩后在加入合適體積的轉(zhuǎn)染試劑,再次震蕩。

3. 將混合液在室溫放置10―15分鐘。

4. 吸去培養(yǎng)板中的培養(yǎng)基,用PBS或者無(wú)血清培養(yǎng)基清洗一次。

5. 加入混合液,將細(xì)胞放回培養(yǎng)箱中培養(yǎng)一個(gè)小時(shí)。

6. 到時(shí)后,根據(jù)細(xì)胞種類決定是否移除混合液,之后加入完全培養(yǎng)基繼續(xù)培養(yǎng)24-48小時(shí)。

三、影響轉(zhuǎn)染試驗(yàn)的因素:

1.轉(zhuǎn)染試劑

不同細(xì)胞系轉(zhuǎn)染效率通常不同,但細(xì)胞系的選擇通常是根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需要,因此在轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)前應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求和細(xì)胞特性選擇適合的轉(zhuǎn)染試劑。每種轉(zhuǎn)染試劑都會(huì)提供一些已經(jīng)成功轉(zhuǎn)染的細(xì)胞株列表和文獻(xiàn),通過(guò)這些資料可選擇最適合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)染試劑。當(dāng)然,最適合的是高效、低毒、方便、廉價(jià)的轉(zhuǎn)染試劑。

2.細(xì)胞狀態(tài)

一般低的細(xì)胞代數(shù)(<50)能確;蛐筒蛔儭W钸m合轉(zhuǎn)染的細(xì)胞是經(jīng)過(guò)幾次傳代后達(dá)到指數(shù)生長(zhǎng)期的細(xì)胞,細(xì)胞生長(zhǎng)旺盛,最容易轉(zhuǎn)染。細(xì)胞培養(yǎng)在實(shí)驗(yàn)室中保存數(shù)月和數(shù)年后會(huì)經(jīng)歷突變,總?cè)旧w重組或基因調(diào)控變化等而演化。這會(huì)導(dǎo)致和轉(zhuǎn)染相關(guān)的細(xì)胞行為的變化。也就是說(shuō)同一種系的細(xì)胞株,在各實(shí)驗(yàn)室不同培養(yǎng)條件下,其生物學(xué)性狀發(fā)生不同程度的改變,導(dǎo)致其轉(zhuǎn)染特性也發(fā)生變化。因此,如果發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)染效率降低,可以試著轉(zhuǎn)染新鮮培養(yǎng)的細(xì)胞以恢復(fù)最佳結(jié)果。

3.轉(zhuǎn)染方法

不同轉(zhuǎn)染試劑有不同的轉(zhuǎn)染方法,但大多大同小異。轉(zhuǎn)染時(shí)應(yīng)跟據(jù)具體轉(zhuǎn)染試劑推薦的方法,但也要注意,因不同實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的細(xì)胞性質(zhì)不同,質(zhì)粒定量差異,操作手法上的差異等,其轉(zhuǎn)染效果可能不同,應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的具體條件來(lái)確定最佳轉(zhuǎn)染條件。

(1)細(xì)胞培養(yǎng)物

健康的細(xì)胞培養(yǎng)物是成功轉(zhuǎn)染的基礎(chǔ)。不同細(xì)胞有不同的培養(yǎng)基,血清和添加物。高的轉(zhuǎn)染效率需要一定的細(xì)胞密度,一般的轉(zhuǎn)染試劑都會(huì)有專門的說(shuō)明。推薦在轉(zhuǎn)染前24小時(shí)分細(xì)胞,這將提供正常細(xì)胞代謝,增加對(duì)外源DNA攝入的可能。一定要避免細(xì)菌,支原體或真菌的污染。

(2)細(xì)胞密度

細(xì)胞密度對(duì)轉(zhuǎn)染效率有一定的影響。不同的轉(zhuǎn)染試劑,要求轉(zhuǎn)染時(shí)的最適細(xì)胞密度各不相同,即使同一種試劑,也會(huì)因不同的細(xì)胞類型或應(yīng)用而異。轉(zhuǎn)染時(shí)過(guò)高或者過(guò)低的細(xì)胞密度會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)染效率降低,乃至表達(dá)水平偏低。因此如果選用新的細(xì)胞系或者新的轉(zhuǎn)染試劑,最好能夠進(jìn)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn)并為以后的實(shí)驗(yàn)建立一個(gè)穩(wěn)定方法,包括適當(dāng)?shù)慕臃N量和培養(yǎng)時(shí)間等等。陽(yáng)離子脂質(zhì)體具有微量的細(xì)胞毒性而往往需要更高的鋪板密度或者更多的懸浮細(xì)胞數(shù),有的要求細(xì)胞90%匯片;而有些多胺或者非脂質(zhì)體的配方則要求在40%-80%之間,總之是盡量在細(xì)胞最適的生理狀態(tài)下轉(zhuǎn)染,以求最佳的轉(zhuǎn)染效果。不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊矔?huì)影響轉(zhuǎn)染時(shí)的鋪板密度,比如研究細(xì)胞周期相關(guān)基因等表達(dá)周期長(zhǎng)的基因,就需要較低的鋪板密度,所以需要選擇能夠在較低鋪板密度下進(jìn)行轉(zhuǎn)染的試劑。一般轉(zhuǎn)染時(shí)貼壁細(xì)胞密度為50%-90%,但這個(gè)需要參考所選轉(zhuǎn)染試劑的說(shuō)明書。

(3)血清

血清一度曾被認(rèn)為會(huì)降低轉(zhuǎn)染效率,老一代的轉(zhuǎn)染方法往往要求轉(zhuǎn)染前后洗細(xì)胞或者在無(wú)血清培養(yǎng)基條件下轉(zhuǎn)染,但有些對(duì)此敏感的細(xì)胞如原代細(xì)胞會(huì)受到損傷,甚至死亡導(dǎo)致轉(zhuǎn)染效率極低。不過(guò)轉(zhuǎn)染產(chǎn)品配方幾經(jīng)革新后的今天,對(duì)于主流的轉(zhuǎn)染試劑來(lái)說(shuō),血清的存在已經(jīng)不會(huì)影響轉(zhuǎn)染效率,甚至還有助于提高轉(zhuǎn)染效率,如陽(yáng)離子聚合物等,血清的存在會(huì)影響DNA—轉(zhuǎn)染復(fù)合物的形成,但只要在DNA-轉(zhuǎn)染復(fù)合物形成時(shí)用無(wú)血清培養(yǎng)基或PBS來(lái)稀釋DNA和轉(zhuǎn)染試劑就可以了,在轉(zhuǎn)染過(guò)程中是可以使用血清的。不過(guò)要特別注意:對(duì)于RNA轉(zhuǎn)染,如何消除血清中潛在的RNase污染是值得關(guān)注的。胎牛血清(FCS)經(jīng)常用到,便宜一點(diǎn)的有馬或牛血清。通常的,血清是一種包含生長(zhǎng)因子及其它輔助因子的不確切成分的添加物,對(duì)不同細(xì)胞的生長(zhǎng)作用有很大的差別。血清質(zhì)量的變化直接影響細(xì)胞生長(zhǎng),因此也會(huì)影響轉(zhuǎn)染效率。新加培養(yǎng)基的預(yù)熱對(duì)細(xì)胞轉(zhuǎn)染很有幫助。

(4)抗生素

細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中往往會(huì)添加抗生素來(lái)防止污染,但是這些添加劑可能對(duì)轉(zhuǎn)染造成麻煩。比如青霉素和鏈霉素,就是影響轉(zhuǎn)染的培養(yǎng)基添加物。這些抗生素一般對(duì)于真核細(xì)胞無(wú)毒,但有些轉(zhuǎn)染試劑增加了細(xì)胞的通透性,使抗生素可以進(jìn)入細(xì)胞。這可能間接導(dǎo)致細(xì)胞死亡,造成轉(zhuǎn)染效率低。目前轉(zhuǎn)染試劑因?yàn)槿潭伎梢杂糜醒搴涂股氐忍砑觿┑耐耆囵B(yǎng)基來(lái)操作,非常方便,省去了污染等麻煩。

(5)氮磷(N/P)比

N/P比是轉(zhuǎn)染效率的關(guān)鍵(為了換算方便,一般以DNA/轉(zhuǎn)染試劑質(zhì)量比表示),在一定比例范圍內(nèi)轉(zhuǎn)染效率隨N/P比成比例增高,之后達(dá)到平值,但毒性也隨之而增加,因此在實(shí)驗(yàn)之前應(yīng)根據(jù)推薦比例,確定本實(shí)驗(yàn)的最佳轉(zhuǎn)染比例。

6)DNA質(zhì)量

DNA質(zhì)量對(duì)轉(zhuǎn)染效率影響非常大。一般的轉(zhuǎn)染技術(shù)(如脂質(zhì)體等)基于電荷吸引原理,如果DNA不純,如帶少量的鹽離子,蛋白,代謝物污染都會(huì)顯著影響轉(zhuǎn)染復(fù)合物的有效形成及轉(zhuǎn)染的進(jìn)行,但對(duì)GenEscort系列轉(zhuǎn)染試劑影響不大。核酸純化世界第一品牌德國(guó)QIAGEN公司提供的超純質(zhì)粒抽提試劑盒,能達(dá)到兩倍2×CsCl梯度離心以上的純度效果,使您不必為DNA質(zhì)量操心。此外,對(duì)一些內(nèi)毒素敏感的細(xì)胞(如原代細(xì)胞,懸浮細(xì)胞和造血細(xì)胞),QIAGEN還提供可去除內(nèi)毒素污染的質(zhì)粒抽提試劑盒,在質(zhì)粒抽提過(guò)程中有效去除脂多糖分子,保證理想的轉(zhuǎn)染效果。但如果使用GenEscort轉(zhuǎn)染試劑,一般不需要這么高的DNA質(zhì)量要求。當(dāng)使用GenEscort轉(zhuǎn)染試劑時(shí),即使采用傳統(tǒng)的酚-氯仿沉淀方法純化質(zhì)粒,仍然可達(dá)到非常好的轉(zhuǎn)染效果,但所用的質(zhì)粒量比試劑盒純化方法的DNA用量大一些。

4.載體構(gòu)建

轉(zhuǎn)染載體的構(gòu)建(病毒載體,質(zhì)粒DNA,RNA,PCR產(chǎn)物,寡核苷酸等)也影響轉(zhuǎn)染結(jié)果。病毒載體對(duì)特定宿主細(xì)胞感染效率較高,但不同病毒載體有其特定的宿主,有的還要求特定的細(xì)胞周期,如逆轉(zhuǎn)錄病毒需侵染分裂期的宿主細(xì)胞,此外還需考慮一些安全問(wèn)題(如基因污染)。除載體構(gòu)建外,載體的形態(tài)及大小對(duì)轉(zhuǎn)染效率也有不同的影響,如前面提到的超螺旋及線性DNA對(duì)瞬時(shí)和穩(wěn)定轉(zhuǎn)染的影響。如果基因產(chǎn)物對(duì)細(xì)胞有毒性作用,轉(zhuǎn)染也很難進(jìn)行,因此選擇組成或可調(diào)控,強(qiáng)度合適的啟動(dòng)子也很重要,同時(shí)做空載體及其它基因的相同載體構(gòu)建的轉(zhuǎn)染正對(duì)照可排除毒性影響的干擾。
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