诱导性基因表达系统
1.诱导性基因表达系统(inducible gene expression system) 允许转基因在特定的时间或特定的组织、细胞类型内调控基因表达水平。目前,应用最广泛的诱导性表达系统是基于一种可诱导的四环素操纵子调控系统Tet-On/Tet-Off和雌激素受体与激素他莫昔芬(tamoxifen)系统。
(1)Tet可控基因表达系统:到目前为止,在转基因小鼠中最广泛使用的可控基因表达系统是基于大肠埃希菌四环素(tetracycline, tet)操纵子的tet基因表达调控系统。tet操纵子的调节机制是通过 tet阻遏子(tet repressor,tetR)来实现的。tetR蛋白结合到被称为四环素操控序列(tet operator, tetO)的DNA上行使转录阻遏作用。四环素阻止tetR结合到tetO上,从而逆转tetR导致的转录抑制。通过将tetR基因的DNA结合域序列与单纯疱疹病毒 VP16的基因表达激活域序列融合在一起,可表达一个四环素控制的转录激活蛋白(tet transcriptional activator, tTA)。tTA需结合到合适的Tet反应启动子才能发挥作用;Tet反应启动子是一些成串的 tetO重复序列(tet response element, TRE),置于巨细胞病毒(CMV)的最小启动子上游,以便与VP16的激活结构域适当地对齐,使得tTA的结合可以激活转录。Tet可控基因表达调控系统分为Tet-Off和 Tet-On(图3-2)。
图3-2 Tet-Off和Tet-On示意图
(2)Tet-Off系统:在没有四环素存在时,tTA蛋白持续作用于tet启动子上,使基因持续表达。在需要转基因保持在一个持续表达状态下,该系统是非常有用的。加入四环素时,四环素可与tTA结合使tTA蛋白的结构变化,使其不能与启动子结合,从而使其驱动的基因表达水平下降。为了使该系统保持“关闭”状态,必须连续添加四环素。Tet- On系统:在研究突变tTA基因时,发现一些突变体(recombinant tTA,rtTA)不再结合TRE;在四环素存在的条件下rtTA才能结合到TRE序列上产生激活作用,使基因得以表达。由于加入四环素基因才表达,因此,称为四环素开启(Tet-On)系统。在用这一系统时.没有四环素存在的条件下转基因是不表达的,只有在加入四环素时,才允许rtTA结合到 TRE上诱导转录。
在实际操作中,通常需要建立两种转基因小鼠。一种是用组织特异性或其他启动子表达的tTA(Tet-Off)或rtTA(Tet-On)转基因小鼠,另一种是表达目的基因的转基因小鼠,将转基因克隆于TRE- CMVmin启动子后。得到两种转基因小鼠后,再将两种转基因小鼠交配,使两个转基因同时在一个小鼠体内。后来发现四环素类似物多西环素(doxcycline, dox)效果更好,目前通常使用多西环素代替四环素开展实验。
(3)配体可诱导性(ligand-inducible)的表达基因调控系统:常用的为雌激素受体基因表达调控系统。许多研究表明可以通过激素配体依赖性的方式控制蛋白质活性的表达。如,类固醇激素受体的配体结合域(ligand-binding domain, LBD)与所控制的蛋白质融合,融合蛋白处于一种非活性状态,配体的LBD结合可以使融合蛋白构型变化从而导致蛋白质活化。最常用的系统是雌激素受体基因表达调控系统。雌激素受体的LBD序列与各种不同的蛋白质基因序列融合产生融合蛋白,其活性受配体依赖性控制。这样的配体可诱导性蛋白质包括:癌蛋白、转录因子、RNA结合蛋白等。常用的转基因调控系统为下面介绍的Cre-ER系统。