一、線(xiàn)性化的目的
載體的主要作用是攜帶目的基因進(jìn)入宿主細(xì)胞內(nèi),只有當(dāng)載體處于線(xiàn)性化狀態(tài)時(shí)才能與外源目的基因完成重組,構(gòu)建重組質(zhì)粒。
與原核表達(dá)不同,在酵母表達(dá)中,用于轉(zhuǎn)化的質(zhì)粒或載體上往往不含有酵母自身的復(fù)制源點(diǎn),如果將環(huán)狀重組質(zhì)粒直接轉(zhuǎn)入酵母細(xì)胞則不能穩(wěn)定存在,所以必須進(jìn)行線(xiàn)性化處理之后,以同源重組的方式整合到酵母染色體上,這樣目的基因才會(huì)在酵母細(xì)胞中穩(wěn)定存在。
二、酵母體系常用載體
酵母載體類(lèi)型包括酵母克隆載體、酵母表達(dá)載體以及酵母人工染色體(YAC)。
(1)酵母克隆載體:不含酵母啟動(dòng)子,不能在酵母中表達(dá)外源基因,可分為兩類(lèi):
a. 酵母整合型質(zhì)粒(yeast integrated plasmid. Yip): 帶有一個(gè)酵母URA3標(biāo)志基因和大腸桿菌的復(fù)制和報(bào)告基因。由于質(zhì)粒DNA與酵母基因組DNA之間發(fā)生了同源重組,在轉(zhuǎn)化的細(xì)胞中可以檢測(cè)到質(zhì)粒的整合復(fù)制,轉(zhuǎn)化子穩(wěn)定,但轉(zhuǎn)化率極低。
b. 酵母復(fù)制型質(zhì)粒(Yeast replicable plasmid, Yrp): 該類(lèi)載體在酵母中可以自我復(fù)制,主要有YRp, YEp和YCp
• 酵母復(fù)制質(zhì)粒(YRp): 細(xì)茵質(zhì)粒DNA+酵母遺傳標(biāo)記+酵母復(fù)制序列(ARS),可自主復(fù)制,但穩(wěn)定性差;
• 酵母附加型質(zhì)粒(YEp): 細(xì)菌質(zhì)粒DNA+酵母標(biāo)記基因+酵母2 μM質(zhì)粒,游離于核外存在并自主復(fù)制,穩(wěn)定性好。2μm質(zhì)粒含有自主復(fù)制起始區(qū)(ori) 和STB區(qū),STB序列能夠使質(zhì)粒在供體細(xì)胞中維持穩(wěn)定;
• 酵母著絲粒質(zhì)粒(YCp): 該載體除含復(fù)制起點(diǎn)外,還有酵母菌染色體著絲粒(CEN), 因而能在染色體外自我復(fù)制,拷貝數(shù)低但很穩(wěn)定,適合作亞克隆載體和構(gòu)建酵母菌基因組DNA文庫(kù)。
YIp: 帶有一個(gè)酵母標(biāo)志基因;
YRp: 在YIp的基礎(chǔ)上添加酵母復(fù)制序列(ARS);
YEp: 在YIp的基礎(chǔ)上添加酵母2μM質(zhì)粒。
(2)酵母表達(dá)載體:含酵母啟動(dòng)子,酵母表達(dá)系統(tǒng)的載體一般是穿梭質(zhì)粒,能在酵母菌和大腸桿菌中進(jìn)行復(fù)制。
釀酒酵母表達(dá)系統(tǒng)中重組蛋白的生產(chǎn)可以使用三種類(lèi)型的載體完成:整合質(zhì)粒(YIp),附加型質(zhì)粒(YEp)和著絲粒質(zhì)粒(YCp)。在非常規(guī)酵母中,質(zhì)粒選擇受到更多限制。雖然質(zhì)?捎糜谌N非常規(guī)酵母,但它們的拷貝數(shù)往往較低,并且易突變。因此,基因組整合仍是首選。
畢赤酵母表達(dá)系統(tǒng)中常用的包括分泌表達(dá)載體和非分泌型表達(dá)載體兩種:
a.畢赤酵母分泌表達(dá)載體
pPICZα A、B 和C 載體用于表達(dá)和分泌畢赤酵母中的重組蛋白,可用于任何畢赤酵母菌株,包括X-33、SMD1168H 和KM71H等。
pPICZα 載體包含以下元素:
• AOX1 啟動(dòng)子,對(duì)相關(guān)基因進(jìn)行嚴(yán)格調(diào)控,保證甲醇誘導(dǎo)表達(dá);
• 用于重組蛋白分泌的α-因子分泌信號(hào);
• Zeocin (博萊霉素)基因用于大腸桿菌和畢赤酵母中的篩選。
•含有c-myc 抗原決定簇和(6xHis) 標(biāo)簽的C 端肽用于檢測(cè)和純化重組融合蛋白。
b.畢赤酵母非分泌型表達(dá)載體:
pGAPZ A, B, 和C 載體(2.9 Kb)使用GAP啟動(dòng)子在畢赤酵母中穩(wěn)定表達(dá)重組蛋白。GAP啟動(dòng)子的重組蛋白表達(dá)水平略高于AOX1啟動(dòng)子。與誘導(dǎo)型啟動(dòng)子對(duì)比,組成型啟動(dòng)子可以利用更多的碳源在畢赤酵母中表達(dá)外源蛋白。重組蛋白表達(dá)為帶有C端His標(biāo)簽的融合蛋白。Zeocin的篩選標(biāo)記可以同時(shí)使用于畢赤酵母和大腸桿菌。
(3)酵母人工染色體
酵母人工染色體(YAC),是一種能夠克隆長(zhǎng)達(dá)400Kb的DNA片段的載體,含有酵母細(xì)胞中必需的端粒、著絲點(diǎn)和復(fù)制起始序列,是細(xì)胞內(nèi)具有遺傳性質(zhì)的物體,易被堿性染料染成深色,所以叫染色體。
特點(diǎn):容量大(50-1000kb), 穩(wěn)定性差。
作用:用于構(gòu)建基因組文庫(kù)。
酵母中復(fù)制的必需元件包括自主復(fù)制序列(ARS)、用于有絲分裂和減數(shù)分裂功能的著絲粒(CEN)和兩個(gè)端粒(TEL)。
• 端粒重復(fù)序列(TEL):定位于染色體末端一段序列,用于保護(hù)線(xiàn)狀的DNA 不被胞內(nèi)的核酸酶降解,以形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu);
• 著絲粒(CEN):有絲分裂過(guò)程中紡錘絲的結(jié)合位點(diǎn),使染色體在分裂過(guò)程中能正確分配到子細(xì)胞中。在YAC 中起到保證一個(gè)細(xì)胞內(nèi)只有一個(gè)人工染色體的作用。如 pYAC4 使用的是酵母第四條染色體的著絲粒;
• 自主復(fù)制序列(ARS):一段特殊的序列,含有酵母菌中 DNA 進(jìn)行雙向復(fù)制所必須的信號(hào)。
在YAC載體中最常用的是pYAC4。由于酵母的染色體是線(xiàn)狀的,因此其在工作狀態(tài)也是線(xiàn)狀的。但是,為了方便制備YAC載體,YAC載體以環(huán)狀的方式存在,并增加了普通大腸桿菌質(zhì)粒載體的復(fù)制元件和選擇標(biāo)記。
三、酵母系統(tǒng)載體選擇
酵母表達(dá)產(chǎn)物有胞內(nèi)表達(dá)和分泌到胞外表達(dá)兩種方式,這取決于表達(dá)載體的選擇和構(gòu)建是否帶有信號(hào)肽,可根據(jù)基因表達(dá)的定位及目的選擇合適的酵母蛋白表達(dá)載體。
① 胞內(nèi)表達(dá)載體:主要包括 pPIC3、pPICZ、pPSC3K、pHIL-D2 等。該類(lèi)載體將目的基因表達(dá)在胞內(nèi),可避免酵母的糖基化,適合于通常在胞漿表達(dá)或不含-S-S-的非糖基化蛋白,較胞外分泌表達(dá)水平高但純化相對(duì)復(fù)雜。
② 分泌到胞外表達(dá)的載體:pPIC9、pHIL-S1、pYAM75P 等。酵母本身分泌的外源蛋白很少,將外源蛋白分泌到胞外,有利于目的蛋白的純化和積累。常用的分泌信號(hào)序列由 89 個(gè)氨基酸組成α交配因子的引導(dǎo)。
③ 多拷貝插入表達(dá)載體:pPIC9K、pPIC3.5K。某些情況下,重組基因的多拷貝整合能夠增加蛋白的表達(dá)量。
四、線(xiàn)性化驗(yàn)證及結(jié)果解讀
線(xiàn)性化酵母前后跑對(duì)比電泳。切開(kāi)后的條帶應(yīng)該跑的慢(4-7),完整質(zhì)粒跑在前面(1-3)。
圖1 載體線(xiàn)性化驗(yàn)證膠圖