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萤火虫荧光素酶报告基因(报告基因)
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1、(1)最常用的报告基因大多是编码抗生素抗性蛋白的基因,通过检查产物是否具有抗生素的抗性来确定基因的表达情况。
2、(2)氯霉素乙酰基转移酶(CAT):该报告基因来源于大肠杆菌转位子9,是第1个用于检测细胞内转录活性的报告基因。氯霉素乙酰基转移酶可催化乙酰CoA的乙酰基转移到氯霉素3羟基,而使氯霉素解毒。CAT在哺乳细胞无内源性表达,性质稳定,半衰期较短,适于瞬时表达研究。可用同位素、荧光素和酶联免疫吸附测定(enzyme—linkedimmunosorbantassay,ELISA)检测其活性,也可进行蛋白质印迹(Westernblotting)和免疫组织化学分析。CAT与其他报告基因相比,线性范围较窄,灵敏性较低。
3、(3)β半乳糖苷酶:β半乳糖苷酶由大肠杆菌lacZ基因编码,可催化半乳糖苷水解。最大优势是易于用免疫组织化学法观测其原位表达,是最常用的监测转染率的报道基因之一。以邻—硝基苯—β—D—半乳吡喃糖苷(ONPG)为底物可用标准的比色法检测酶活性,其检测动力学范围为6个数量级。氯酚红—β—D—半乳吡喃糖苷(CPRG)是另一个可用比色法检测酶活性的底物,其灵敏度比ONPG高近10倍。以MUG和荧光素二半乳糖苷(FDG)为底物则可用荧光法检测其活性。此法可检测单个细胞的酶活性,并可用于流式细胞学(FACS)分析。如以二氧杂环丁烷为底物,可用化学发光法检测酶活性,其检测动力学范围最大,灵敏度最高,与用生物发光法检测荧光素酶活性的灵敏度相似。
4、(4)荧光素酶:荧光素酶是能够催化不同底物氧化发光的一类酶,哺乳细胞无内源性荧光素酶。最常用的荧光素酶有细菌荧光素酶、萤火虫荧光素酶和Renilla荧光素酶。细菌荧光素酶对热敏感,因此在哺乳细胞的应用中受到限制。萤火虫荧光素酶灵敏度高,检测线性范围宽达7~8个数量级,是最常用于哺乳细胞的报道基因,用荧光比色计即可检测酶活性,因而适用于高通量筛选。随着具有膜通透性和光裂解作用的萤火虫荧光素酶的应用,无需裂解细胞即可检测酶活性。Renilla荧光素酶催化肠腔素(coelenterazine)氧化,产物可透过生物膜,可能是最适用于活细胞的报告分子。将荧光素酶报告基因载体转染到细胞中,可用荧光素酶检测系统灵敏方便地测定荧光素酶基因的表达。自1986年起,萤火虫荧光素酶基因被用作测定基因表达的报告基因,获得了广泛的应用。Promega公司的pGL3及pGL2系列载体,含SV40启动子及增强子的不同组合,有助于分析DNA片段的转录活性。
5、荧光素酶报告基因有许多优点:①非放射性;②比CAT及其他报告基因速度快;③比CAT灵敏100倍;④荧光素酶在哺乳细胞中的半衰期为3小时,在植物中的半衰期为3.5小时。由于半衰期短,故启动子的改变会即时导致荧光素酶活性的改变,而荧光素酶不会积累。相反,CAT在哺乳细胞中的半衰期为50小时。荧光素酶浓度在10—16mol/L(10pS/L)到10-8mol/L(1mg/L)范围内,荧光信号强度与酶浓度成正比。在理想条件下,可检测到l0-20mol/L的荧光素酶。Promega公司的荧光素酶检测系统比一般的方法灵敏及简单,产生的光稳定。
6、(5)分泌型碱性磷酸酶(SEAP):SEAP是人胎盘碱性磷酸酶的突变体,无内源性表达。SEAP缺乏胎盘碱性磷酸酶羧基末端的24个氨基酸。其优点是无需裂解细胞,只用培养介质即可检测酶活性,便于进行时效反应试验。以间硝基苯磷酸盐(PNPP)为底物时可用标准的比色法测定酶活性,操作简单,反应时间短,价格廉价,但灵敏度低。以黄素腺嘌呤二核苷酸磷酸为底物进行比色测定,其灵敏度增高。SEAP可催化D—荧光素—O—磷酸盐水解生成D—荧光素,后者又可作为荧光素酶的底物,此即两步生物发光法检测酶活性的原理。此方法灵敏度高,接近于荧光素酶报告基因的检测。还可用一步化学发光法检测酶活性。
7、(6)荧光蛋白家族:荧光蛋白家族是从水螅纲和珊瑚类动物中发现的相对分子质量为20 000~30 000的同源蛋白。绿色荧光蛋白(GFP)是应用最多的发光蛋白。GFP存在于发光水母(AequoreaVictoria)中。用395 Bin的紫外线和475 nm的蓝光激发,GFP可在508nm处自行发射绿色荧光,无需辅助因子和底物。GFP最大的优势是无需损伤细胞即可研究细胞内事件。1991年克隆了GFP基因,已获得几个突变体,如“红色迁移”突变体(red—shiftmutant),其荧光更强。其他突变体还有蓝色荧光蛋白(BFP)、增强型GFP(EGFP)和去稳定EGFP(destabilizedEGFP)等。红色荧光蛋白(RFP)是从珊瑚(Discosoma sp.)中分离的发光蛋白(drFP583或DsRed),可发射明亮的红色荧光。这些常用的报告基因也可被联合应用,同时检测2个甚至3个基因的表达。报告基因的选择依赖于其灵敏性、可靠性及监测的动力学范围。稳定性好的报告基因适于基因转录动力学研究和高通量筛选,尤其适用于基因转移的定性研究。
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