真核生物表达系统汇总

真核细胞表达系统自上世纪70年代基因工程技术诞生以来，基因表达技术已渗透到生命科学研究的各个领域。

并随着人类基因组计划实施的进行，在技术方法上得到了很大发展，时至今日已取得令人瞩目的成就。

随着人类基因组计划的完成，越来越多的基因被发现,其中多数基因功能不明。

利用表达系统在哺乳动物细胞内表达目的基因是研究基因功能及其相互作用的重要手段.在各种表达系统中，最早被采用进行研究的是原核表达系统,这也是目前掌握最为成熟的表达系统。

该项技术的主要方法是将已克隆入目的基因DNA片段的载体（一般为质粒)转化细菌（通常选用的是大肠杆菌）,通过IPTG诱导并最终纯化获得所需的目的蛋白.其优点在于能够在较短时间内获得基因表达产物,而且所需的成本相对比较低廉.但与此同时原核表达系统还存在许多难以克服的缺点:如通常使用的表达系统无法对表达时间及表达水平进行调控，有些基因的持续表达可能会对宿主细胞产生毒害作用，过量表达可能导致非生理反应，目的蛋白常以包涵体形式表达，导致产物纯化困难；而且原核表达系统翻译后加工修饰体系不完善，表达产物的生物活性较低。

为克服上述不足，许多学者将原核基因调控系统引入真核基因调控领域,其优点是:①根据原核生物蛋白与靶DＮＡ间作用的高度特异性设计，而靶DNA与真核基因调控序列基本无同源性,故不存在基因的非特异性激活或抑制；...文档交流仅供参考...②能诱导基因高效表达,可达105倍，为其他系统所不及；③能严格调控基因表达，即不仅可控制基因表达的“开关"，还可人为地调控基因表达量。

因此，利用真核表达系统来表达目的蛋白越来越受到重视。

目前,基因工程研究中常用的真核表达系统有酵母表达系统、昆虫细胞表达系统和哺乳动物细胞表达系统....文档交流仅供参考...1、酵母表达系统最早应用于基因工程的酵母是酿酒酵母,后来人们又相继开发了裂殖酵母、克鲁维酸酵母、甲醇酵母等，其中，甲醇酵母表达系统是目前应用最广泛的酵母表达系统。

4000字。

技术方法类（包括分析方法类）释文提纲：（1）定义及概述（不设标题）（2）技术或方法原理（及发展历史）（3）应用及注意事项意见：基本符合百科全书的要求。

真核细胞表达系统（Eukaryotic expression system）运用基因工程技术手段，在体外将外源基因分子插入病毒、质粒等载体分子，形成新的遗传物质组合，并导入真核细胞中实现外源基因蛋白表达的技术系统。

按照宿主细胞类型，真核细胞表达系统包括酵母表达系统、丝状真菌表达系统、昆虫细胞表达系统和哺乳动物细胞表达系统。

真核细胞表达系统是重组蛋白表达的有利工具，在基础科学及医药领域发挥了重要作用。

技术或方法原理（及发展历史）酵母表达系统酵母是低等的单细胞真核模式生物，已完成基因组测序，遗传背景清晰，具有生长繁殖快，成本低，易于实现高密度培养和大规模发酵的优点。

目前发展成熟的酵母表达系统主要包括酿酒酵母表达系统和毕赤酵母表达系统。

酿酒酵母在食品工业领域的使用已有数千年历史，被美国FDA确认为安全性生物。

1981年，Hitzeman等将成功将人干扰素基因导入酿酒酵母细胞，揭开了酿酒酵母表达系统的研究和应用历史，迄今已有多种外源蛋白在酿酒酵母中获得表达。

然而酿酒酵母表达系统存在缺乏强启动子，质粒易丢失，分泌效率低，且富含高甘露糖型超糖基化等不足，导致表达产物存在过度糖基化的局限性，而逐渐被巴斯德毕赤酵母等甲醇营养型酵母表达系统所取代。

巴斯德毕赤酵母来源于野生型石油酵母NRRL-Y11430，为子囊菌类单倍体酵母，富含甲醇代谢必须的醇氧化酶、过氧化氢酶、二羟丙酮合成酶的过氧化物酶系，能在以甲醇为唯一碳源的简单培养基上快速生长，属于甲醇营养型酵母的一种。

基因工程常用的毕赤酵母菌株主要包括GS115（Mut+His—）、X-33（Mut+His+）、KM71（Muts His—）、SMD1168（his4 pep4）等。

目前毕赤酵母表达系统的启动子有醇氧化酶AOX1启动子(Ellis et al., 1985)及三磷酸甘油醛脱氢酶GAP启动子，外源基因通过同源重组整合到酵母染色体基因组上,外源蛋白表达水平受甲醇或葡萄糖的严格调控。

真核细胞常见表达载体真核细胞，表达载体1、pCMVp-NEO—BAN载体特点：该真核细胞表达载体分子量为6600碱基对,主要由CMVp启动子、兔β—球蛋白基因内含子、聚腺嘌呤、氨青霉素抗性基因和抗neo基因以及pBR322骨架构成，在大多数真核细胞内都能高水平稳定地表达外源目的基因.更重要的是,由于该真核细胞表达载体中抗neo 基因存在，转染细胞后，用G418筛选,可建立稳定的、高表达目的基因的细胞株。

插入外源基因的克隆位点包括Sal1、BamH1和EcoR1位点.注意在此载体中有二个EcoR1位点存在。

2、pEGFP，增强型绦色荧光蛋白表达载体(Enhanced Fluorecent Protein Vector）特点: pEGFP表达载体中含有绿色荧光蛋白,在PCMV启动子驱动下，在真核细胞中高水平表达。

载体骨架中的SV40origin使该载体在任何表达SV40 T抗原的真核细胞内进行复制。

Neo抗性盒由SV40早期启动子、Tn5的neomycin/kanamycin抗性基因以及HSV-TK基因的聚腺嘌呤信号组成，能应用G418筛选稳定转染的真核细胞株。

此外, 载体中的pUC origin 能保证该载体在大肠杆菌中的复制，而位于此表达盒上游的细菌启动子能驱动kanamycin抗性基因在大肠杆菌中的表达。

用途: 该表达载体EGFP上游有Nde1、Eco47111和Age1克隆位点,将外源基因扦入这些位点，将合成外源基因和EGFP的融合基因。

借此可确定外源基因在细胞内的表达和/或组织中的定位。

亦可用于检测克隆的启动子活性(取代CMV启动子，Acet1-Nhe1)。

3、pEGFT-Actin, 增强型绿色荧光蛋白/人肌动蛋白表达载体特点：pEGFP—Actin表达载体中含有绿色荧光蛋白和人胞浆β-肌动蛋白基因，在PCMV 启动子驱动下,在真核细胞中高水平表达。

载体骨架中的SV40origin使该载体在任何表达SV40 T抗原的真核细胞内进行复制.Neo抗性盒由SV40早期启动子、Tn5的neomycin/kanamycin抗性基因以及HSV—TK基因的聚腺嘌呤信号组成，能应用G418筛选稳定转染的真核细胞株.此外, 载体中的pUC origin 能保证该载体在大肠杆菌中的复制，而位于此表达盒上游的细菌启动子能驱动kanamycin抗性基因在大肠杆菌中的表达。

真核生物的基因表达调控染色质基因激活转录和转录后加工翻译和翻译后加工一、染色质水平基因表达调控（一）染色质结构与功能：常染色质（euchromatin）：，对DNase I敏感，DNA可降解为约200 bp 或其倍数的片断；基因表达处于活性状态。

异染色质（heterochromatin）：结构高度致密处于凝聚状态的染色质，对DNase I不敏感。

基因表达活性处于阻遏状态。

组成性异染色质：所有细胞，整个细胞周期都存在的异染色质。

其DNA不含基因，因而一直保持凝聚状态。

兼性异染色质（facultative heterochromatin）：在特定细胞，生长发育的特定阶段，由常染色质凝聚转变成的异染色质。

（二）染色质重塑：染色质重塑（chromatin remodeling）：与转录相关的染色质局部结构的改变称之。

主要有：核小体重塑、DNA甲基化、组蛋白共价修饰。

1、核小体重塑：（nucleosome remodeling）核小体重塑：ATP依赖性酶蛋白复合体参与的核小体的移位、替换和去组装改变。

核小体重塑过程：基因活化蛋白结合；ATP依赖性酶蛋白复合体结合转录活性区；ATP依赖性酶水解A TP，提供能量；移去或替换核小体。

2、DNA的甲基化：常见真核生物DNA5’-CpG-3’序列，即CpG岛(CpG-rich islands)胞嘧啶第5位C被甲基化。

甲基化程度使DNA结构稳定。

甲基化程度与基因表达活性呈反比关系。

3、组蛋白共价修饰:使组蛋白与DNA双链的亲和力改变，染色质的局部结构改变。

共价修饰方式：乙酰化、甲基化、磷酸化和泛素化。

最常见：乙酰化和甲基化。

3、组蛋白共价修饰:使组蛋白与DNA双链的亲和力改变，染色质的局部结构改变。

共价修饰方式：乙酰化、甲基化、磷酸化和泛素化。

最常见：乙酰化和甲基化。

组蛋白的乙酰化与去乙酰化酶：组蛋白乙酰基转移酶（histone acetyl transferases HATs ) 组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase HDAC）修饰位点：核心组蛋白外周结构域，氨基末端Lys残基的NH3。

真核细胞表达系统常用的真核表达系统有酵母、杆状病毒／昆虫细胞和哺乳动物细胞表达系统。

简而言之，酵母和昆虫细胞表达系统蛋白表达水平高，生产成本低，但加工修饰体系与哺乳动物细胞不完全相同；哺乳动物细胞产生的蛋白质更接近于天然蛋白质，但其表达量低、操作烦琐。

1.酵母表达系统最早应用于蛋白表达的酵母是酿酒酵母，后来相继出现其他种类酵母，其中甲醇酵母表达系统应用最广泛。

甲醇酵母的表达载体含有大肠杆菌复制起点和筛选标志，可在大肠杆菌大量扩增。

甲醇酵母表达载体中含有与酵母染色体中同源的序列，容易整合入酵母染色体中。

大部分甲醇酵母的表达载体中都含有醇氧化酶基因-1(AOX1)，在强启动子作用下，以甲醇为唯一碳源的条件下诱导外源基因表达。

甲醇酵母表达蛋白一般需很长时问才能达到峰值水平，实验操作过程中有甲醇毒性和一定安全风险。

2.昆虫细胞表达系统杆状病毒载体广泛应用于培养的昆虫细胞中指导外源基因的表达，其中大多含有苜蓿银纹夜蛾核多角体病毒(AcNPV)中的多角体启动子。

杆状病毒系统蛋白表达量很高，而且大部分蛋白质能保持可溶性。

杆状病毒基因组较大(130kb)，可容纳大的外源DNA片段；杆状病毒启动子在哺乳动物细胞中没有活性，安全性较高。

目前常用的是以位点特异性转位至大肠杆菌中增殖的杆状病毒穿梭载体，能快速有效地产生重组杆状病毒。

与通过外源基因重组在昆虫细胞中产生杆状病毒重组体相比，大大简化了操作步骤，缩短了鉴定重组病毒的时间，适于表达蛋白突变体以进行结构或功能的研究。

3.哺乳动物细胞表达系统哺乳动物细胞能够指导蛋白质的正确折叠，它所表达的真核蛋白通常能被正确修饰，在分子结构、理化特性和生物学功能方面最接近于天然的高等生物蛋白质，几乎都能在细胞内准确定位，在医学研究中得到广泛应用。

虽然哺乳动物细胞表达比大肠杆菌表达难度大，更耗时，成本更高，但是对于熟悉细胞培养的研究人员表达小到中等量的蛋白非常实用。

哺乳动物细胞表达载体包含原核序列、启动子、增强子、选择标记基因、终止子和多聚核苷酸信号等。

生物制药技术中的真核细胞表达系统介绍真核细胞是一类具有细胞核的生物细胞，可以分为植物细胞和动物细胞。

在生物制药技术中，真核细胞表达系统被广泛应用于生产重组蛋白和制造药物。

真核细胞表达系统是指利用真核细胞作为宿主细胞的技术平台，通过转染或转化等方式将外源基因导入真核细胞，使其在真核细胞内表达特定的目标蛋白。

这种技术具有许多优势，包括蛋白质修饰、折叠和活性组装等方面的能力，能够确保生产的蛋白质具有更高的完整性和生物活性。

在真核细胞表达系统中，植物细胞和动物细胞被广泛用于生产不同类型的蛋白质药物。

植物细胞表达系统具有成本低、易于大规模培养和改造灵活等优势。

植物细胞能够进行正确的蛋白质修饰，如糖基化、磷酸化和亚硫酸酯化等，同时它们不含病原微生物，减少了潜在的传染风险。

相比之下，动物细胞表达系统则更适用于生产复杂蛋白质，如单克隆抗体和重组血液因子。

动物细胞能够进行更为复杂的蛋白质修饰，如甘露糖、胆固醇和酰基化等，从而更好地模拟人体内的蛋白质合成过程。

在真核细胞表达系统中，转染或转化是将外源基因导入宿主细胞的关键步骤。

转染是指将外源DNA通过化学物质或物理方法直接导入细胞，如利用电穿孔技术、离子复合物、脂质体或聚乙烯亚胺等。

而转化则是指通过细菌质粒或病毒载体将外源基因导入宿主细胞。

转化技术包括病毒载体介导转化、细菌质粒介导转化和转座子系统介导转化等。

一旦外源基因成功导入宿主细胞，其表达需要依赖于启动子、增强子、转录因子和调控序列等元件。

一般而言，真核细胞表达系统中最常用的启动子是多聚腺苷酸酸（polyadenylation signal）和转录因子结合位点（transcription factor binding sites）。

增强子（enhancer）可以增强启动子的活性，从而提高外源基因的表达水平。

除了基因导入和表达的技术要求，真核细胞表达系统还需要注重生物反应器的选择和细胞培养条件的优化。

对于植物细胞表达系统，传统的反应器选择包括大型容器培养（如发酵罐）和搅拌型生物反应器。

真核表达系统原核表达系统因其工艺简单、速度快而为人类带来许多便利，eg制药业由原先的脏器提取→发酵制备(IFN)，降低了本钱，扩大了来源，也缩短了生产周期。

可是由于原核细胞中没有转录后加工系统，不能识别、剪除内含子，因此很多真核基因就无法在原核细胞中表达；另外，原核细胞缺乏翻译后加工系统，不能对翻译的蛋白质进一步修饰加工。

因此许多糖蛋白在原核细胞中表达后，尽管一样形成蛋白质具有抗原性，却因为不能糖基化，而不产生功能。

例如，C1INH是一种高度糖基化的单链蛋白(49%分子量为糖基)，因其不可逆结合C1q而阻断补体活化途径，是一种极好的补体抑制剂，若是C1INH缺点可致使遗传性血管神经性水肿(HANE)，表现为全身水肿，尤其是喉头水肿，能够输血，以正常人血中的C1INH来补充医治，但长期输血价钱高，易引发副反映，故可用基因工程产品来医治HANE，但因C1INH为高度糖基化蛋白，在中表达没有活性，现已有人利用CHO表达C1INH，拟用于医治。

一、优势1.具转录后加工系统；2.具翻译后修饰系统；3.可实现真正的分泌表达，分泌至细胞外简化了纯化工艺。

二、真核基因结构及表达调控特点：(一)、基因结构特点：1.DNA极为丰硕，具全能性——mRNA丰度(选材)克隆真核基因的经常使用方式是提取细胞mRNA，反转录合成为cDNA。

尽管真核生物各类细胞中基因含量、种类相同，但却不是选择任一细胞提取其mRNA就可反转录合成出目的基因cDNA,因不同细胞间存在mRNA的丰度问题，基因在不同细胞中转录情形不一样，产生不同的功能蛋白，才表现出各类细胞的丰硕多样性。

故应选择mRNA丰度高的细胞为材料，eg. TNFα基因的克隆是以前髓细胞或早幼粒细胞为材料来源(Alice,1985)。

2.结构复杂，DNA与组蛋白结合，并在其外有核膜——真核生物转录、翻译不可能持续进行。

3.不持续性：内含子、外显子。

内含子可能参与基因调控，不同剪切方式产生不同蛋白质。

真核生物基因表达调控的层次引言：基因表达调控是指基因转录和翻译过程中的调节机制，它决定了细胞在不同时间和环境中产生不同功能的蛋白质。

真核生物基因表达调控具有多个层次，包括染色质结构调控、转录水平调控、RNA加工和转运调控、翻译调控以及蛋白质修饰和定位调控。

本文将就这些层次进行详细介绍。

一、染色质结构调控：染色质结构调控是指通过改变染色质的结构和组织方式来调控基因表达。

染色质的结构包括开放的区域和紧密的区域，开放的区域便于转录因子的结合和启动子的访问，从而促进基因的转录。

染色质结构调控包括DNA甲基化、组蛋白修饰以及非编码RNA的参与等。

DNA甲基化是一种常见的染色质结构调控方式，通过甲基化酶催化DNA上的甲基化反应，使得某些基因的启动子区域被甲基化，从而阻止转录因子的结合。

组蛋白修饰包括乙酰化、甲基化、磷酸化等，这些修饰可以改变染色质的结构，影响基因的转录水平。

非编码RNA是一类不编码蛋白质的RNA分子，它可以通过与染色质相互作用来调控基因的表达。

二、转录水平调控：转录水平调控是指在转录过程中对RNA合成的调控。

转录调控涉及到转录因子的结合、启动子的可访问性以及转录复合物的组装等。

转录因子是一类蛋白质，它们可以通过与DNA结合来调控基因的转录。

转录因子的结合位点通常位于启动子区域，它们可以通过激活或抑制转录的方式来调控基因的表达。

启动子的可访问性是指转录复合物能否顺利结合到启动子上，这涉及到染色质的开放程度以及转录因子的作用。

转录复合物的组装包括RNA聚合酶与转录因子的结合以及其他辅助因子的参与，这些因子的作用可以影响基因的转录速度和效率。

三、RNA加工和转运调控：RNA加工和转运调控是指在RNA合成后对RNA分子的修饰和定位调控。

RNA加工包括剪接、剪切和多聚腺苷酸化等过程，这些过程可以改变RNA的结构和功能。

剪接是指将RNA前体分子中的内含子剪切掉，从而形成成熟的mRNA分子。

剪切的方式和位置不同，可以产生不同的转录产物。