眾所周知，一段基因從轉(zhuǎn)錄開始，最終形成蛋白質(zhì)執(zhí)行功能，離不開一個(gè)高效、匹配的啟動(dòng)子。啟動(dòng)子的一般結(jié)構(gòu)包括核心啟動(dòng)子元件和上游調(diào)控元件。核心啟動(dòng)子元件又包括轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)和TATA框，主要作為RNA聚合酶結(jié)合并起始轉(zhuǎn)錄的位點(diǎn)，上游調(diào)控元件能夠通過與對(duì)應(yīng)的反式作用因子相結(jié)合改變轉(zhuǎn)錄的效率，如圖1。

圖1. 啟動(dòng)子示意圖

啟動(dòng)子由于元件和位置不同，轉(zhuǎn)錄的能力也不同。好的啟動(dòng)子就像好的發(fā)動(dòng)機(jī)，響應(yīng)各種調(diào)控，起始各種生命活動(dòng)。基因編輯技術(shù)更是離不開形形色色的啟動(dòng)子，來實(shí)現(xiàn)組織特異性表達(dá)。今天我們就盤點(diǎn)一下基因編輯中常見的啟動(dòng)子。

1. CMV啟動(dòng)子

CMV啟動(dòng)子顧名思義，是人們從人巨細(xì)胞病毒（Cytomegalovirus, CMV）中發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)啟動(dòng)子。因此，只要CMV病毒能夠感染的細(xì)胞，該啟動(dòng)子都能起始轉(zhuǎn)錄過程。CMV啟動(dòng)子有多強(qiáng)呢？同樣是從病毒中發(fā)現(xiàn)的啟動(dòng)子，CMV啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄活性比SV40啟動(dòng)子還高，見圖2。

圖2. CMV啟動(dòng)子與其他啟動(dòng)子比較^[1]‍

究其原因，人們發(fā)現(xiàn)CMV病毒IE1、IE2基因上游調(diào)節(jié)區(qū)復(fù)合體集中了多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)，形成增強(qiáng)子影響病毒蛋白表達(dá)，如圖3。增強(qiáng)子的存在使CMV啟動(dòng)子被認(rèn)為是真核生物中最強(qiáng)的啟動(dòng)子之一。

圖3. CMV啟動(dòng)子‍
 

利用CMV的強(qiáng)啟動(dòng)能力，人們構(gòu)建了CMV-Cre小鼠，作為全身表達(dá)的Cre鼠，用于得到條敲flox小鼠的全敲后代。不過CMV啟動(dòng)子雖強(qiáng)，卻有一個(gè)缺點(diǎn)：由CMV啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄的基因可能在某些細(xì)胞（如HESC、HiPS等）中被沉默，導(dǎo)致沒有蛋白表達(dá)。具體的沉默機(jī)制暫不明確。因此人們迫切需要一種強(qiáng)啟動(dòng)、廣泛表達(dá)、不受沉默機(jī)制干擾的啟動(dòng)子。

2. CAG啟動(dòng)子

人們認(rèn)識(shí)到CMV啟動(dòng)子的不足后，通過將不同物種的啟動(dòng)子“復(fù)制粘貼”到一起，構(gòu)建了一系列人工啟動(dòng)子，比如所CAG、CBA等等啟動(dòng)子。CAG啟動(dòng)子包含CMV病毒啟動(dòng)子的增強(qiáng)子序列，雞β-actin的啟動(dòng)子以及兔β-Globin的剪接受體，如圖4。

圖4. CAG啟動(dòng)子‍

分析來看，CAG啟動(dòng)子保留了CMV病毒的增強(qiáng)子，因此轉(zhuǎn)錄能力與CMV啟動(dòng)子不相上下，雞β-actin啟動(dòng)子則為它提供了更加廣泛的表達(dá)譜，因此CAG啟動(dòng)子可以用于大多數(shù)基因編輯策略。舉個(gè)栗子，mT/mG小鼠就是通過CAG啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)ACTB-tdTomato.-EGFP在膜上表達(dá)，無Cre重組酶時(shí)表達(dá)tdTomato，有Cre重組酶時(shí)表達(dá)GFP，指示Cre鼠的特異性，如圖5。

圖5. mT/mG小鼠與Cre小鼠交配后熒光成像^[2]‍

3. 特異性啟動(dòng)子

CMV和CAG啟動(dòng)子都是組成型啟動(dòng)子，而基因編輯能在科研領(lǐng)域大放異彩，很重要的一點(diǎn)是能夠在特異的組織細(xì)胞中進(jìn)行條件性的基因編輯。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，人們發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用了一系列的特異性表達(dá)的啟動(dòng)子。利用這些特異性的啟動(dòng)子，百奧賽圖制備了相對(duì)應(yīng)的特異性表達(dá)Cre大小鼠，見表1。

表1. 部分百奧賽圖Cre工具大小鼠示例

有了特異性啟動(dòng)子，Cre鼠能夠在目的組織/細(xì)胞內(nèi)表達(dá)Cre重組酶，實(shí)現(xiàn)條件性地敲除或敲入。以表中的B-Ucp1-iCre小鼠為例，Ucp1啟動(dòng)子可以在線粒體、脂肪細(xì)胞中起始轉(zhuǎn)錄Cre重組酶。該小鼠與mT/mG小鼠交配驗(yàn)證數(shù)據(jù)如圖6。

圖6. B-Ucp1-iCre小鼠的特異性表達(dá)^[3]‍

真核基因編輯領(lǐng)域的啟動(dòng)子就帶領(lǐng)大家了解到這，在原核系統(tǒng)以及真核細(xì)胞的其他應(yīng)用領(lǐng)域，還有許多其他經(jīng)典啟動(dòng)子，如LacZ、EF1α、CBA等等，就不再贅述了。除了啟動(dòng)子，基因編輯還涉及到大量元件，人們利用這些元件實(shí)現(xiàn)多種多樣的目的，后續(xù)我們還會(huì)為大家?guī)�來更多知識(shí)內(nèi)容。記得關(guān)注百奧賽圖哦。

參考文獻(xiàn)

[1] Zarrin A A, Malkin L, Fong I, et al. Comparison of CMV, RSV, SV40 viral and Vλ1 cellular promoters in B and T lymphoid and non-lymphoid cell lines[J]. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Gene Structure and Expression, 1999, 1446(1-2): 135-139.

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[3] Speakman J R. Brown adipocytes can display a mammary basal myoepithelial cell phenotype in vivo[J]. 2017.
 

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