真核表達(dá)是近年來常用的一種表達(dá)重組蛋白的手段,它補(bǔ)充了一些原核蛋白表達(dá)系統(tǒng)中所缺乏的功能,例如真核表 達(dá)時能夠形成穩(wěn)定的二硫鍵,在蛋白經(jīng)過翻譯后可對蛋白進(jìn)行正確修飾,使表達(dá)出來的蛋白更具天然活性而不是被降解或者是形成包涵體;利用真核表達(dá)系統(tǒng)可以誘導(dǎo)高效表達(dá),加快了人們對基因研究以及藥物研究的進(jìn)程。
真核表達(dá)系統(tǒng)與原核表達(dá)系統(tǒng)的區(qū)別
表達(dá)系統(tǒng) |
類別 |
優(yōu)缺點(diǎn) |
表達(dá)方式 |
優(yōu)缺點(diǎn) |
系統(tǒng)應(yīng)用與比較 |
真核表達(dá)系統(tǒng) |
哺乳動物細(xì)胞系統(tǒng) | 能誘導(dǎo)高效表達(dá),對表達(dá)的蛋白進(jìn)行正確折疊,并進(jìn)行復(fù)雜糖基化修飾,蛋白活性接近于天然蛋白,不需去除內(nèi)毒素,周期較長,操作復(fù)雜,需要細(xì)胞房,無菌,成本投入高 |
瞬時轉(zhuǎn)染 | 能夠快速靈活的制備活性蛋白,周期為 3-4 天;外源基因不能整合到細(xì)胞上,不能穩(wěn)定表達(dá)目的蛋白,不適合大批量表達(dá)蛋白 |
哺乳動物系統(tǒng)是基因工程藥物的生產(chǎn)平臺,適用于新基因的發(fā)現(xiàn),蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的研究。是真核表達(dá)系統(tǒng)中成本最昂貴的但是也是唯一可以表達(dá)復(fù)雜蛋白基因的系統(tǒng) |
穩(wěn)定細(xì)胞系構(gòu)建 | 外源基因能在細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定表達(dá),篩選出的穩(wěn)定細(xì)胞株能夠?qū)崿F(xiàn)蛋白的大量生產(chǎn)篩選困難且時間長,投入大 | ||||
酵母表達(dá)系統(tǒng) |
遺傳背景清楚,操作較為簡便,容易進(jìn)行遺傳操作,有較為完善的真核蛋白表達(dá)控制系統(tǒng) |
畢赤酵母表達(dá) | 能大規(guī)模真核表達(dá)蛋白,可表達(dá)出克級蛋白;甲醇誘導(dǎo)操作方面需要時間;甲醇毒性大,不適用于生產(chǎn)食品蛋白 |
在基因,遺傳疾病研究中運(yùn)用廣泛,許多遺傳性疾病的基因都和酵母基因有很高的同源性,研究酵母基因的編碼以及其真核蛋白表達(dá)的蛋白可加深對這些疾病的了解,與哺乳動物系統(tǒng)相比只能表達(dá)簡單修飾的蛋白 | |
釀酒酵母表達(dá) | 機(jī)理清楚,遺傳操作簡單; 沒有特異型病毒,成本低; 可能會超糖基化;產(chǎn)生乙醇對細(xì)胞具有毒性 | ||||
昆蟲 表達(dá)系統(tǒng) | 細(xì)胞表達(dá)量高;表達(dá)的外源基因片段很大,最大可達(dá)到 200KD; 可實(shí)現(xiàn)蛋白的糖基化和磷酸化修飾;投入成本較高 | 昆蟲系統(tǒng)適用于表達(dá)高等真核生物蛋白 可大規(guī)模懸浮培養(yǎng),基礎(chǔ)研究,醫(yī)藥衛(wèi)生以及農(nóng)業(yè)。成本較酵母系統(tǒng)較貴,但比哺乳系統(tǒng)便宜 | |||
原核表達(dá)系統(tǒng) | 大腸 | 基因表達(dá)產(chǎn)物時間短,操作簡單,背景簡單清楚,適用范圍廣; 表達(dá)出來的蛋白可能會以包涵體形式存在,不利于蛋白純化; 不能對目的蛋白進(jìn)行糖基化修飾,表達(dá)出來的蛋白需要內(nèi)毒素去除 | 表達(dá)的蛋白常用于制備抗體, 用于對蛋白活性沒有要求的蛋白表達(dá);抗體疫苗的研究 |
真核表達(dá)系統(tǒng)的選擇與應(yīng)用
酵母蛋白表達(dá)系統(tǒng)
酵母真核蛋白表達(dá)系統(tǒng)有甲醇酵母表達(dá)系統(tǒng),釀酒酵母表達(dá)系統(tǒng),裂殖酵母表達(dá)系統(tǒng)以及克魯維酸酵母表達(dá)系統(tǒng)等,其中最早應(yīng)用于基因工程的酵母是釀酒酵母,但現(xiàn)在運(yùn)用最廣泛的酵母表達(dá)系統(tǒng)還是甲醇酵母表達(dá)系統(tǒng)中的畢赤酵母真核蛋白表達(dá)系統(tǒng)。
哺乳動物細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)
哺乳動物細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)是真核表達(dá)系統(tǒng)中唯一可以表達(dá)復(fù)雜蛋白的系統(tǒng),它能夠指導(dǎo)真核表達(dá)蛋白進(jìn)行正確折疊,提供復(fù)雜的 N 型糖基化和準(zhǔn)確的 O 型糖基化等多種翻譯后加工功能,所以它和昆蟲酵母系統(tǒng)比較更具有發(fā)展?jié)摿Γ?哺乳動物細(xì)胞真核表達(dá)的蛋白與天然真核表達(dá)蛋白的結(jié)構(gòu)、糖基化類型和方式幾乎相同且能正確組裝成多亞基蛋白, 但成本較高也一定程度上減緩了它的發(fā)展速度。哺乳動物細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)主要是通過改造宿主細(xì)胞來提高外源蛋白的表達(dá)效率,常用的宿主細(xì)胞有 CHO、COS、BHK、SP2 /0N 等,哺乳動物轉(zhuǎn)染方法*有脂質(zhì)體轉(zhuǎn)染法,電穿孔法以及病毒轉(zhuǎn)染等。