轉染是將外源遺傳物質(zhì)導入真核細胞的過(guò)程,是細胞和分子生物學(xué)研究的重要工具,可用于研究基因表達對細胞生理水平的影響。不論是質(zhì)粒、DNA還是各種RNA(mRNA、siRNA或microRNA),要將這些外源核酸轉入細胞并不容易,它們必須穿過(guò)細胞膜這層屏障才能進(jìn)入細胞質(zhì)。轉染方法可分為物理轉染和化學(xué)轉染,物理轉染方法包括電穿孔、顯微注射和基因槍等,化學(xué)轉染可使用磷酸鈣共沉淀、DEAE-Dx或基于陽(yáng)離子脂質(zhì)的轉染試劑。
上述方法都可以解決轉染面臨的主要挑戰,即讓帶負電荷的核酸分子穿過(guò)帶負電的細胞膜。物理轉染方法一般是在細胞膜上打洞來(lái)克服靜電排斥,使核酸插入。而化學(xué)轉染中,一般是利用帶正電的轉染試劑將帶負電的核酸包裹起來(lái)。這些方法都可以實(shí)現轉染,可謂條條大路通羅馬,那么究竟是選瞬時(shí)轉染好還是選穩定轉染好呢?
瞬時(shí)轉染
瞬時(shí)轉染的細胞中,外源基因得以表達但它們并不會(huì )整合到細胞的基因組中,也就不會(huì )被復制。細胞中瞬時(shí)轉染的外源基因表達時(shí)間有限,通常僅持續幾天,直到外源基因在細胞分裂過(guò)程中因各種因素丟失為止。
我們如何區分細胞是否轉染成功了呢?在轉染質(zhì)粒中往往都含有一個(gè)報告基因,來(lái)指示細胞中目標基因是否存在,這樣的報告基因一般可以在轉染后一兩天內檢測到。
穩定轉染
穩定轉染可以在瞬時(shí)轉染的基礎上建立,只不過(guò)需要一個(gè)重要的偶發(fā)過(guò)程:在少數轉染細胞中,外源基因能夠整合到細胞的基因組中。外源基因成為細胞基因組的一部分從而得以復制,這就是穩定轉染細胞的標志。穩定轉染細胞的子代細胞也同樣表達外源基因,由此形成穩定轉染的細胞系。
在建立上述穩定轉染細胞系時(shí),我們需要使用選擇性標記來(lái)區分瞬時(shí)轉染與穩定轉染。將這些選擇性標記與基因共表達,我們就可以篩選出外源基因已成功整合到基因組的細胞,同時(shí)剔除瞬時(shí)轉染的細胞。將外源基因與抗生素抗性基因共轉染(如新霉素抗性基因neo)是一種常用方法,隨后可用相應抗生素(如geneticin或G418)對轉染后的細胞進(jìn)行篩選。只有穩定轉染的細胞才會(huì )獲得對抗生素的抗性,在長(cháng)期培養中存活下來(lái),由此實(shí)現對目標細胞的篩選和擴增。
選穩定轉染還是瞬時(shí)轉染呢?這要看我們打算進(jìn)行長(cháng)期研究還是短期實(shí)驗。瞬時(shí)轉染一般持續幾天,用瞬時(shí)轉染研究基因表達,通常在轉染后的24小時(shí)至96小時(shí)內收獲細胞,其具體時(shí)間取決于細胞類(lèi)型、載體構建等多種因素。也正因如此,瞬時(shí)轉染一般用于研究基因或基因產(chǎn)物的短期表達,基因敲除或RNA介導的基因沉默,以及進(jìn)行蛋白質(zhì)小規模合成。瞬時(shí)轉染mRNA比轉染傳統質(zhì)粒DNA出結果更快,這是因為mRNA能夠直接在核外表達,在一些系統中mRNA可以在轉染后幾分鐘就得到表達。
相應的,在需要進(jìn)行長(cháng)期基因表達時(shí)就得進(jìn)行穩定轉染,例如大規模蛋白合成、長(cháng)期藥理學(xué)研究、基因治療研究和長(cháng)期遺傳調控機制研究等等。穩定轉染與瞬時(shí)轉染相比,時(shí)間更長(cháng)也更費勁,所以不到迫不得已一般不被選用。
以往對需要正確折疊和翻譯后修飾的重組蛋白進(jìn)行大規模合成,只能使用穩定轉染的細胞。但近年來(lái)瞬時(shí)轉染和細胞培養方法的進(jìn)步改變了這一局面,經(jīng)過(guò)改良之后人們已經(jīng)可以通過(guò)對一些普遍使用的細胞系(如HEK293和CHO細胞)進(jìn)行懸浮培養,來(lái)實(shí)現瞬時(shí)轉染的大規模重組蛋白合成。
建立穩定表達的細胞系既麻煩又費勁,在合適的情況下選用瞬時(shí)表達可以省去不少精力。當然,在新的一年中轉染技術(shù)的新發(fā)展無(wú)疑會(huì )進(jìn)一步改進(jìn)瞬時(shí)轉染和穩定轉染技術(shù),使人們能夠更加有效的進(jìn)行外源基因表達。