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當(dāng)前位置:深圳市安培生物科技有限公司>>技術(shù)文章>>細胞轉(zhuǎn)染實驗技術(shù)——功能實驗的第一步
轉(zhuǎn)染(transfection)是真核細胞主動或被動導(dǎo)入外源核酸片段(DNA或RNA)而獲得新的表型的過程。轉(zhuǎn)染后的細胞會產(chǎn)生重組蛋白,或者特異性的增強/抑制細胞中的基因表達。轉(zhuǎn)染后的檢測主要包括基因水平和蛋白水平的檢測。一定時間后收集轉(zhuǎn)染處理后的細胞,采用超聲或酶解的方法破碎細胞,離心得到上清。針對基因水平,使用普通 PCR 或 RT-PCR 進行驗證,蛋白水平,使用 western blot 檢測,簡單,快速,準確。
轉(zhuǎn)染的類型
根據(jù)導(dǎo)入的核酸存在于宿主細胞的時間長短,可以分為瞬轉(zhuǎn)和穩(wěn)轉(zhuǎn)。根據(jù)轉(zhuǎn)染方式可以分為化學(xué)方法,生物方法,物理方法。
瞬時轉(zhuǎn)染是指將構(gòu)建好的質(zhì)?;蛘遱iRNA通過某種方式導(dǎo)入到哺乳動物細胞內(nèi)(常用的工具細胞 HEK293 細胞),該外源核酸片段不整合到細胞自身的基因組上。隨著細胞的生長分裂,外源基因會逐漸丟失,在細胞內(nèi)能夠存在 3-4 天,無法隨著細胞的分裂進入到子代細胞中。在這一段時間內(nèi),外源基因在細胞內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)錄翻譯,得到少量的蛋白。根據(jù)使用的載體不同,收集目的基因/蛋白進行檢測的時間不同,通常在轉(zhuǎn)染后48h,目的蛋白的表達水平最高。瞬時轉(zhuǎn)染的特點是短時間內(nèi)進行蛋白的小量制備,滿足后續(xù)的實驗要求。
穩(wěn)定轉(zhuǎn)染是外源DNA整合到細胞基因組中,成為細胞基因組的一部分從而得以復(fù)制,隨著細胞分裂,子代細胞也同樣表達外源基因,這就是穩(wěn)定轉(zhuǎn)染細胞的標志。穩(wěn)定轉(zhuǎn)染是建立在瞬時轉(zhuǎn)染的基礎(chǔ)上的,先對細胞進行轉(zhuǎn)染,再對得到的細胞池進行篩選,篩選標記是抗生素,熒光報告基團等,通常需要2-3周的篩選時間,由此形成穩(wěn)定轉(zhuǎn)染的細胞系。穩(wěn)定轉(zhuǎn)染的特點是能夠得到蛋白的大量、長期生產(chǎn),滿足后續(xù)的一系列體內(nèi)體外的表型實驗。
轉(zhuǎn)染方式
考慮到轉(zhuǎn)染效率是影響細胞實驗的重要因素,因此選擇合適的轉(zhuǎn)染試劑和轉(zhuǎn)染方式很關(guān)鍵。下面我們介紹一下常見的轉(zhuǎn)染方式。
細胞由帶負電荷的磷脂雙分子層構(gòu)成,對于也帶負電荷的核酸片段(DNA和RNA)來說是不可透過的屏障,因此研究人員開發(fā)了很多方法能使核酸穿透細胞膜進入胞內(nèi),大致分為三類:
轉(zhuǎn)染方法 | 原理 | 優(yōu)點 | 缺點 |
化學(xué)轉(zhuǎn)染方法 | |||
陽離子脂質(zhì)體 | 脂質(zhì)體是一種人工的脂雙層膜。陽離子脂質(zhì)體通常由陽離子和兩性離子脂質(zhì)組成。在DNA與脂質(zhì)體形成lipoplex的過程中,陽離子脂質(zhì)體起到復(fù)合和凝集DNA的作用,同時也有助于復(fù)合物與細胞膜的結(jié)合 | 操作簡單快速; 轉(zhuǎn)染效率高且重復(fù)性好; 可用于轉(zhuǎn)染DNA、RNA和蛋白; 可用于瞬時轉(zhuǎn)染和穩(wěn)定轉(zhuǎn)染 | 會受到血清的抑制,降低轉(zhuǎn)染效率; 脂質(zhì)體中的核心組分對細胞毒性較大 |
磷酸鈣共沉淀 | 核酸以磷酸鈣-DNA 共沉淀物的形式出現(xiàn)時,可使DNA 附在細胞表面,利于細胞吞入攝取,或通過細胞膜脂相收縮時裂開的空隙進入細胞內(nèi) | 便宜,使用廣泛 | 轉(zhuǎn)染效率差,不穩(wěn)定; 細胞毒性大; |
葡聚糖 | 它是一種陽離子聚合物,可以與帶負電荷的DNA和蛋白質(zhì)結(jié)合,進而被細胞吞噬 | 多用于貼壁細胞 | 一些細胞類型對葡聚糖特別敏感,可能會發(fā)生形態(tài)變化或者抑制細胞生長 |
其他陽離子聚合物 | 帶正電的聚合物與核酸帶負電的磷酸基團形成帶正電的復(fù)合物后與細胞表面帶負電的蛋白多糖相互作用,并通過內(nèi)吞作用進入細胞。陽離子聚合物和陽離子脂質(zhì)體最大的區(qū)別在于陽離子聚合物不含疏水部分而*溶于水,可以方便地進行化學(xué)修飾,且不會像脂質(zhì)體一樣破壞細胞結(jié)構(gòu),所以相對毒性較低。目前使用*泛的陽離子聚合物轉(zhuǎn)染試劑是PEI(聚乙烯亞胺) | 成本低; 免疫原性低; 轉(zhuǎn)染效率高且穩(wěn)定; 適用于懸浮細胞或貼壁細胞
| 細胞毒性較大; 常用于瞬時轉(zhuǎn)染; 不能生物降解 |
物理轉(zhuǎn)染方法 | |||
電穿孔 | 利用高脈沖電壓破壞細胞膜電位,使得DNA 通過膜上形成的小孔導(dǎo)入穩(wěn)定/瞬時性轉(zhuǎn)染 | 適用所有細胞類型; 適用瞬時轉(zhuǎn)染和穩(wěn)定轉(zhuǎn)染; 不需要載體 | 需要一定的電轉(zhuǎn)設(shè)備; 需要優(yōu)化電轉(zhuǎn)脈沖和電壓參數(shù); 細胞致死率高; DNA和細胞用量大 |
顯微注射 | 利用管尖極細(0.1至0.5μm)的玻璃微量注射針,將外源基因片段直接注射到原核期胚或培養(yǎng)的細胞中 | 適用所有細胞類型; 可進行單細胞轉(zhuǎn)染; 不需要載體; 不限制轉(zhuǎn)入的基因大小和數(shù)量; 多用于轉(zhuǎn)基因 | 設(shè)備昂貴; 技術(shù)要求高; 細胞致死率高 |
生物轉(zhuǎn)染方法 | |||
病毒轉(zhuǎn)染 | 病毒該載體可以將外源基因有效地整合到宿主染色體上,從而達到持久性表達 | 轉(zhuǎn)染效率高; 適用于難轉(zhuǎn)染的細胞系; 可用于體內(nèi)轉(zhuǎn)染 | 周期長,程序復(fù)雜; 費用相對高; 存在生物安全問題 |
細胞由帶負電荷的磷脂雙分子層構(gòu)成,對于也帶負電荷的核酸片段(DNA和RNA)來說是不可透過的屏障,因此研究人員開發(fā)了很多方法能使核酸穿透細胞膜進入胞內(nèi),大致分為三類:
轉(zhuǎn)染的影響因素:
轉(zhuǎn)染過程中許多因素會影響轉(zhuǎn)染效率:如細胞類型;細胞密度;質(zhì)粒大小、質(zhì)粒純度;血清;轉(zhuǎn)染試劑等。轉(zhuǎn)染實驗中,以下幾個因素進行調(diào)整和優(yōu)化:
1. 轉(zhuǎn)染前的細胞狀態(tài)和密度
轉(zhuǎn)染時細胞密度以 50-80%最佳,細胞密度過高會嚴重影響細胞狀態(tài)和轉(zhuǎn)染效率(周期進程阻滯,凋亡增加等)。同時支原體污染會嚴重降低細胞的轉(zhuǎn)染效率,因此轉(zhuǎn)染前可用環(huán)丙沙星處理細胞以除去支原體。
2. 轉(zhuǎn)染時的質(zhì)粒純度
如果提取的質(zhì)粒不純,如帶少量鹽離子,蛋白、代謝物污染等都會顯著影響轉(zhuǎn)染復(fù)合物的有效形成;而含有內(nèi)毒素的質(zhì)粒對細胞存在很大的毒性作用(一般用去內(nèi)毒素的提取試劑盒)??股匾话銓φ婧思毎麩o毒,但轉(zhuǎn)染過程中細胞通透性增加,會使抗生素進入細胞,從而降低細胞活性,導(dǎo)致轉(zhuǎn)染效率降低。
3. 轉(zhuǎn)染后的篩選時間
轉(zhuǎn)染后篩選不能太早或太晚,因為轉(zhuǎn)染了外源基因的細胞代謝負荷大,增殖較慢,太晚會被沒有外源基因轉(zhuǎn)入的細胞所淹沒,最終導(dǎo)致篩選不出陽性克隆。一般要在轉(zhuǎn)染后48h之后開始加抗生素篩選。
4. DNA 與轉(zhuǎn)染試劑的比例
許多轉(zhuǎn)染方法需要優(yōu)化 DNA 與轉(zhuǎn)染試劑的比例。不同細胞系轉(zhuǎn)染效率通常不同,不同轉(zhuǎn)染試劑轉(zhuǎn)染效率差別很大,通常需要根據(jù)轉(zhuǎn)染試劑說明書進行預(yù)實驗,選擇合適濃度的外源DNA或RNA,調(diào)整外源核酸片段和轉(zhuǎn)染試劑的比例。
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