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外源DNA导入哺乳动物细胞的方法....

(2010-07-18 10:01:41)
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研究生

知识

细胞培养

试验

分类: 专业相关....
    近年来随着基因克隆技术的发展,已经提出了好几种能有效地将外源DNA导入哺乳动物细胞的实验方法。在本节,我们将叙述病毒载体以外的六种最常用最有效的方法种用于哺乳动物基因转移的技术手段。包括如下:
(i)磷酸钙转染技术;(ii)DEAE-葡聚糖转染技术;(iii)聚阳离子-DSMO转染技术;(iv)电穿孔技术;(v)显微注射技术;(Vi)原生质体融合技术。

 一.磷酸钙转染技术

  (1)磷酸钙转染的基本步骤
  最初是由F.L.Graham等人于1973年创立的。基本操作过程包括
  ①将待转染的外源DNA同CaCl2混合制成CaCl2-DNA溶液;
  ②在不断搅拌过程中,逐滴缓缓地加入到Hepes-磷酸钙溶液中去,形成一种磷酸钙-DNA共沉淀;
  ③然后用吸管仔细转移共沉淀物,使之粘附到培养的哺乳动物单层细胞表面,就会迅速地被细胞所捕获。
保温几小时后,将细胞洗净,并更换新鲜的培养液,继续培养至最终实现外源DNA的高水平表达。
  (2)影响磷酸钙转染效率的因素
  影响磷酸钙转染效率的主要因素有:DNA-磷酸钙共沉淀物中DNA的数量,共沉淀物与细胞接触的保温时间,以及甘油或DMSO等促进因子作用的持续时间等。磷酸钙转染的最适条件列于。
  一般说来,在磷酸钙转染实验中要使用高浓度的DNA(1~50ug/ml)。DNA磷酸钙共沉淀物同细胞接触的最适保温时间,因细胞的类型而异。促进因子通常是在DNA-磷酸钙共沉淀物被细胞吸收4~8小时之后再加入。实验中使用的促进因子的最有效浓度、最适的持续作用时间以及在细胞转染之后加入的最佳时期,对于每种促进因子和每种细胞系而言,都必须重新测定。示出了DMSO对于完整HSV DNA感染性的典型效应。

 二 .DEAE-葡聚糖转染技术
 

  二乙氨乙基葡聚糖(diethyl-aminoethyl-dextran),简称DEAE-葡聚糖,是一种高分子量的多聚阳离子试剂,能促进哺乳动物细胞捕获外源的DNA,实现瞬时的有效表达。
  (1)DEAE-葡聚糖转染的一般程序
  DEAE-葡聚糖转染主要有两种不同的方式。一种方式是先使病毒的DNA直接同DEAE-葡聚糖混合,形成了DNA/DEAE葡聚糖复合物后,再用来处理受体细胞;另一种是受体细胞先用DEAE-葡聚糖溶液作预处理,然后再用来与转染的DNA接触。在这两种转染方式中,受体细胞在用DNA或DNA/DEAE葡聚糖复合物处理前,都要先用等渗溶液漂洗,除去培养液中的血清成分。
  (2)DEAE-葡聚糖转染的可能机理及影响因素
  关于DEAE-葡聚糖促使哺乳动物细胞捕获外源DNA的分子机理,迄今仍不十分清楚。一种认为DEAE-葡聚糖同DNA结合成复合物,可以保护DNA免受核酸酶的降解作用;另一种则认为DEAE-葡聚糖可以同细胞膜发生作用,从而使DNA能够容易地穿过细胞表面而进入细胞内部。
  影响DEAE-葡聚糖的转染效率的主要因素:细胞的数量、DNA的浓度和DEAE-葡聚糖的浓度最为重要。大体说来,按每个直径10cm的培养皿中加入 1~10ug的转染DNA,并使用每毫升培养基含100~400ug DEAE-葡聚糖的溶液,对于绝大多数类型的细胞,都能得到很好的转染效率。由于DEAE-葡聚糖对有些细胞具有毒性,因此用低浓度溶液作短时间的接触反应可能较为合适。
  (3)DEAE-葡聚糖转染法的评价
  DEAE-葡聚糖转染法技术具有方法简单、重复性高、特别适用于研究基因瞬时表达(transient expression)实验,以及其转染效率高于磷酸钙法等优点。
  所谓基因的瞬时表达,是指在DNA进入细胞后迅速发生的反应,因此可作为一种有用的基因分析系统。DEAE-葡聚糖转染的细胞往往可以获得高水平的表达,利于基因瞬时表达(transient expression)实验。

 三 .聚阳离子-DMSO转染技术

  磷酸钙转染技术十分有效而且易于重复,但最适转染条件的范围比较窄,为此又发展出了一种技术条件并不十分苛刻的聚阳离子-DMSO的转染技术。这种实验程序主要包括两个步骤:先用聚阳离子 Polybrene(Abbott公司出品的一种聚溴化季铵阳离子的商品名)处理,增加DNA对细胞表面的吸附能力;然后再用 25%~30%的 DMSO短暂处理细胞以增加膜的通透性,提高对DNA的捕获数量。按此法测定反转录病毒DNA的转化效率,结果是同DNA的加入量成正比,而且不需要加运载DNA(carrier DNA)就可得到稳定的转化。聚阳离子-DMSO转染技术的通用性尚未验证,但已知可适用于鸡胚细胞和小鼠成纤维细胞的转化。

 四 .基因显微注射技术

   应用玻璃显微注射器,可以把重组DNA直接注射到哺乳动物细胞的细胞质或细胞核。通常根据DNA注射的不同方式,可以把显微注射分为:
  (1)真正的显微注射(true microinjection)法,DNA是由注射针直接注入细胞。
  (2)“穿刺”(pricking)导入法,DNA是处在细胞周围培养基中,它通过穿刺形成的小孔进入细胞的内部,或是随穿刺的针头一道进入的。
  用显微注射法转移基因的效率明显地超出其它方法。显微注射用的受体细胞,多数是沿培养皿贴壁生长的单层细胞。
 

 五.电穿孔DNA转移技术

  电穿孔(electroporation)是指在高压电脉冲的作用下使细胞膜上出现微小的孔洞。从而导致不同细胞之间的原生质膜发生融合作用的细胞生物学过程。几乎所有类型的细胞,包括植物的原生质体、动物的初生细胞,以及不能用其它方法(诸如磷酸钙或DEAE-葡聚糖法)转染的细胞,都可以成功地使用电穿孔技术进行基因转移。此项技术具有操作简便,基因转移效率高等优点。
  (1)基本原理
  在高压电场的作用下,细胞膜因发生临时性破裂所形成的微孔,足以使大分子以及像ATP这样的小分子从外界进入细胞内部,或是反向流出细胞。细胞膜上微孔的关闭是一种天然衰减的过程,在0℃下,这种过程会被延缓进行。
  在微孔开启期间,细胞外环境中的核酸分子便会穿孔而入,并最终进到细胞核内部。具有游离末端的线性DNA分子,易于发生重组,因而更容易整合到寄主染色体,形成永久性的转化子。超盘旋的DNA比较容易被包装进染色质,因此一般说来它对于瞬时基因表达的实验更为有效。
  (2)操作程序
  将盛有细胞和 DNA混合液的特制小容器置于电泳冲仪的正负电极之间,在 0 ℃下加高压(2.0~4.0kV)电脉冲 10分钟后,将处理的细胞转移到新鲜培养基中生长 2天,再行筛选。电穿孔之前若用秋水仙酞胺(colcemid)预处理细胞10小时,可提高转化效率3~10倍。
  (3)影响因素
  脉冲的最大电压和脉冲持续的时间,是影响电穿孔转染效率的两个主要因素,而与DNA浓度则无多大关系。
电穿孔转染效率主要取决于所用的细胞类型。对于不适合用传统方法转染的细胞,用电穿孔法得到的永久转化的频率约为10-4~10-5之间。

 六 .脂质体载体法
 

  脂质体(liposomes)是一种人造的脂质小泡(lipid vesicles),外周是脂双层,内部是水腔。用它作载体可以把外源DNA导入培养的哺乳动物细胞。这种由脂质体介导的使外源DNA导入细胞的方法,叫做脂质体载体法,又叫做脂质转染法(lipofection)。
  (1)脂质体的制备
  制备脂质体的方法主要有如下两种。头一种是将适宜的脂质悬浮在液体介质中,然后迅速地振荡,使之形成大小相当一致的脂质体;另一种是用小型的注射针头,将脂质注射到酒精水溶液中,并快速混匀。
  (2)脂质转染法
  以脂质体为媒介的外源DNA导入受体的方法,叫做脂质转染法。
  第一种常用的脂质转染法是,将外源DNA与阳离子型的脂质体混合形成DNA-脂质复合物(DNA-lipid complex)。这种复合物可有效地被受体细胞捕获,实现基因的高频率转移,故这种方法又叫做DNA-脂质复合物转染法。在这个过程中,DNA并不是被包装在脂质体的内部,而是通过两者之间的静电引力作用结合在一起的。
  第二种常用的脂质转染法叫做脂质体载体法。它是将外源DNA包装在脂质体的内部,然后通过脂质体的双层膜同受体细胞膜之间的融合作用,使外源DNA进入细胞质,尔后再进入细胞核,实现基因的表达。
  (3)脂质体载体法的优越性
  制备程序比较简单,可以通过多聚碳酸脂滤膜(polycarbonate filter)消毒灭菌,用它包装的 DNA在4℃下可长期保存不失活性,以及毒性低、包装容量大、可保护DNA免受核酸酶的降解作用等等。
除此之外,脂质体法可以用来将外源的蛋白质导入受体细胞,为在活细胞内研究蛋白质的功能提供有用的途径。

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