基因打靶技术在乳腺生物反应器中的应用

利用转基因动物的乳腺生产人类重组蛋白,可以获得安全而有效的药用蛋白.目前采用的转基因技术由于其固有的局限性,未能使乳腺生物反应器的研究取得长足的进步.基因打靶克服了随机整合的盲目性和危险性,是一种理想的修饰、改造生物遗传物质的方法.简述了制备乳腺生物反应器过程中靶细胞、基因打靶的策略、打靶位点及问题,并对其发展方向进行了小结及展望.     

制备动物乳腺生物反应器的问题和对策

动物乳腺是理想的用于生产复杂的生物活性蛋白的生物反应器。目前,显微注射仍然是制备大型转基因动物的主要方法,但外源基因整合效率低下和位置效应还需要解决。要解决这两个问题,人们探索了几种策略。尽管使用转染的体细胞和基因打靶的体细胞作为核移植的供体的动物克隆技术还在改善中,但是这一技术是有应用前景的转基因牲畜的方法。在转基因载体中使用LCR和MAR序列可显著提高表达水平和转基因效率。YAC、BAC作为理想的转基因载体可能因为它们能容纳基因座的所有元件。虽然这些技术和方法还存在不完善之处,但其发展将极大地提高动物乳腺生物反应器的整合率和表达水平。     

乳腺生物反应器的表达优化策略

乳腺生物反应器是指将外源基因导入动物基因组并在动物乳腺中特异性表达,利用动物乳腺合成、分泌蛋白的功能,在其乳汁中获得外源蛋白的技术。乳腺生物反应器凭借其高表达、低成本以及合成蛋白质的结构接近天然蛋白质等优势而被视为药用和营养蛋白生产的一次技术革新,然而由于外源基因随机整合以及重组蛋白表达不稳定等问题极大地限制了其应用。本文结合乳腺生物反应器的发展现状,从利用基因编辑技术、筛选合适的外源基因整合位点以及改进外源基因调控序列3个方面对乳腺生物反应器优化策略进行了综述,以期为提高乳腺生物反应器生产重组蛋白的表达提供理论借鉴。     

转基因技术在制备动物乳腺生物反应器中的应用和发展

利用乳腺生物反应器可以高效获得安全、足量的药用蛋白,在制药工业中具有广阔的应用前景。但是,目前采用的转基因技术由于其各自固有的局限性,未能使乳腺生物反应器的研究取得长足的进步。基因打靶技术和核移植技术的发展为乳腺生物反应器的开发注入了新的活力。本文综合近年来国内外文献,阐述了各种转基因技术的优点与缺陷,同时说明了构建“体细胞打靶-克隆技术体系”在制备大动物的乳腺生物反应器中的必要性。     

转基因动物克隆技术的应用及生物反应器的建立

利用转基因克隆技术实现外源基因的导入宿主染色体基因组内稳定整合,并能遗传给后代,已在基因表达与调控的理论研究、人类遗传病动物模型的建立、药用蛋白的生产、抗病育种、人类移植用的器官的研究等方面得到广泛应用。转基因动物的研究与应用也已经成为21世纪生命科学领域最活跃、最具有实际应用价值的方向之一,尤其是作为生物反应器和医学上为人类提供所用器官方面,其经济价值和社会效益将是不可估量。在查阅大量近年来国内外相关资料的基础上,本文以转基因动物克隆为中心,对转基因动物克隆所采用显微注射技术、核移植技术、基因打靶与真核BAC表达载体制备等主要研究技术,以及转基因动物克隆在异种器官移植、构建生物反应器等方面的应用进行了综合性论述与分析,同时阐述了各种转基因技术的优点与缺点,以其为转基因动物克隆研究提供理论基础与技术支撑。     

ht-Pam基因在山羊β-酪蛋白基因座定位整合的研究

利用体细胞基因打靶与核移植技术制备动物乳腺生物反应器是当今转基因定位整合表达的一种新技术。分别克隆山羊的β-酪蛋白基因5′调控区的6.3kb片段,外显子7、外显子8和9三个基因片段,并与克隆的人tPA突变体cDNA一起构建了含有neo和tk正负筛选标记基因的β-酪蛋白基因打靶载体P^GBC4tPA,并验证了neo基因、tk基因以及Cre-LoxP系统的有效性。将线性化的P^GBC4tPA通过电转染整合到山羊胎儿成纤维细胞基因组中,利用G418和GANC进行抗性细胞克隆的药物筛选,初步获得抗性细胞克隆244个,PCR检测后获得阳性细胞克隆31个,其中初步验证2个细胞克隆转植基因整合位点重组后的基因序列正确,并且该细胞克隆能够有效扩增。这为下一步基因打靶体细胞核移植制备山羊乳腺生物反应器奠定了基础。     

动物乳腺生物反应器的现状和趋势

利用转基因家畜的乳腺生产人类重组蛋白,可以高效获得安全、足量的药用蛋白。本文针对乳腺生物反应器的成功研制,从目的基因的选择、载体构建、转基因技术等方面探讨了动物乳腺生物反应器的研究现状。分析了提高转基因效率和外源蛋白表达水平的技术途径,提出了降低总体成本的战略措施。特别探讨了利用Cre-loxP系统发展“体细胞打靶体细胞核移植技术体系”,高效生产乳腺生物反应器动物的可能性。     

转基因动物乳腺生物反应器的发展概况及人工染色体在其中的应用

转基因动物乳腺生物反应器位点效应的影响是制备转基因动物乳腺生物反应器过程中的主要问题。酵母人工染色体（YAC）和细菌人工染色体（BAC）具有容量大的特性,可以将乳蛋白的整个基因座包括所有调控序列全部装载进去,有可能克服位点效应的影响,是一种理想的载体。YAC和BAC载体转基因技术可能成为避开基因打靶获得高效表达的转基因动物乳腺生物反应器的另一途径.     

乳腺生物反应器的研究现状和产业化前景

转基因动物乳腺生物反应器是伴随转基因动物技术而发展起来的一项高新生物技术。利用这项技术,我们可以从动物乳汁中源源不断地获取用于医疗或保健目的的有生物活性的基因产物。这是一种全新的蛋白质生产模式,它将成为许多国家的重要支柱产业之一。本文介绍了乳腺生物反应器的基本概念和基本原理;概述了制备过程中的目的基因选择、载体构建、转基因等技术环节的研究现状;分析了乳腺生物反应器的优势及存在的问题,并就其产业化前景进行了展望。     

转基因动物乳腺生物反应器相关技术及研究进展

转基因动物乳腺生产人类重组蛋白人血清白蛋白(h SA)、人纤维蛋白原(h FIB)、人蛋白C(h PC)、人凝血因子(h F-Ⅷ)和(h F-Ⅸ)等具有较高市场潜力,使其在医学领域获得广泛应用。对转基因动物乳腺生物反应器的优势、目的基因选择、载体构建、基因工程技术、重组蛋白在肿瘤治疗上的应用、当前困境和未来前景等方面进行较为全面的综述,以期能有助于转基因动物生物反应器的研究。此外较详细地探讨了利用CRISPR-Cas基因打靶技术生产高表达量的人类重组蛋白的可能性。     

Targeting the exogenous htPAm gene on goat somatic cell beta-casein locus for transgenic goat production

Combining gene targeting of animal somatic cells with nuclear transfer technique has provided a powerful method to produce transgenic animal mammary gland bioreactor. The objective of this study is to make an efficient and reproducible gene targeting in goat fetal fibroblasts by inserting the exogenous htPAm cDNA into the beta-casein locus with liposomes or electroporation so that htPAm protein might be produced in gene-targeted goat mammary gland. By gene-targeting technique, the exogenous htPAm gene was inserted to milk goat beta-casein gene sequences. Fetal fibroblasts were isolated from Day 35 fetuses of Guanzhong milk goats, and transfected with linear gene-targeting vector pGBC4htPAm using Lipefectamin-2000 and electoporation, respectively. Forty-eight gene-targeted cell colonies with homologous recombination were obtained, and three cell colonies were verified by DNA sequence analysis within the homologous recombination region. Using gene-targeted cell lines as donor cells for nuclear transfer, a total of 600 reconstructed embryos had been obtained, and 146 developed cloned embryos were transferred to 16 recipient goats, and finally three goats showed pregnancy at Day 90.     

整合人lactoferrin基因的山羊体细胞支持核移植克隆胚的体外发育

克隆了人lactoferrin基因和山羊[[beta]]-casein基因5′端调控区, 构建了人lactoferrin的乳腺表达载体, 并将该载体利用脂质体介导转染了奶山羊胎儿成纤维细胞, 获得了稳定整合人lactoferrin基因的转基因体细胞克隆17个, 其中PCR和Southern Blot检测阳性的细胞克隆14个, 阳性率82.4%。以转基因体细胞为供体细胞进行了核移植, 获得了能够体外发育的山羊转基因克隆胚胎, 体内成熟卵母细胞来源的核移植囊胚率为64.8%, 体外成熟卵母细胞来源的核移植囊胚率为51.7%, 证明了山羊转基因体细胞能够支持克隆胚的进一步发育。     

核移植技术生产乳腺生物反应器的研究进展

乳腺生物反应器的研制带来了转基因制药业的兴起。但十几年来,显微注射技术一直是生产乳腺生物反应器的唯一实用手段,由于它本身固有的缺点,使得乳腺生物反应器未能有长足的进步。基因打靶与核移植相结合很可能成为生产乳腺生物反应器更有效的途径,它在外源基因定点整合,消除位点效应、降低生产成本、节省时间方面具有明显的优势。     

Theoretical mechanisms in targeted and random integration of transgene DNA

The genetic manipulation of mammalian cells and animals would be greatly expedited if gene targeting could be reliably achieved in the widest possible range of host cell types. This paper considers empirical evidence and theoretical considerations associated with transgene integration, and concludes that utilisation of gene targeting in non-selective systems awaits further progress in modelling homologous recombination.     

Nuclear transfer of goat somatic cells transgenic for human lactoferrin gene

Transgenic animal mammary gland bioreactors are used to produce recombinant proteins with appropri-ate post-translational modifications.The nuclear transfer of transgenic somatic cells is a powerful method to pro-duce mammary gland bioreactors.We established an effi-cient gene transfer and nuclear transfer approach in goat somatic cells.Gene targeting vector pGBC2LF was con-structed by cloning human lactoferrin (LF) gene cDNA into exon 2 of the milk goat beta-casein gene and the endogenous start codon was replaced by that of human LF gene.Goat fetal fibroblasts were transfected with lin-earized pGBC2LF and 14 cell lines were positive accord-ing to PCR and Southern blot.The transgenic cells were used as donor cells of nuclear transfer and some of recon-structed embryos could develop into blastocyst in vitro.     

Primary transgenic bovine cells and their rejuvenated cloned equivalents show transgene-specific epigenetic differences

Cell-mediated transgenesis, based on somatic cell nuclear transfer (SCNT), provides the opportunity to shape the genetic make-up of cattle. Bovine primary fetal fibroblasts, commonly used cells for SCNT, have a limited lifespan, and complex genetic modifications that require sequential transfections can be challenging time and cost-wise. To overcome these limitations, SCNT is frequently used to rejuvenate the cell lines and restore exhausted growth potential. We have designed a construct to be used in a 2-step cassette exchange experiment. Our transgene contains a puromycin resistance marker gene and an enhanced green fluorescence protein (EGFP) expression cassette, both driven by a strong mammalian promoter, and flanked by loxP sites and sequences from the bovine β-casein locus. Several transgenic cell lines were generated by random insertion into primary bovine cell lines. Two of these original cell lines were rederived by SCNT and new primary cells, with the same genetic makeup as the original donors, were established. While the original cell lines were puromycin-resistant and had a characteristic EGFP expression profile, all rejuvenated cell lines were sensitive to puromycin, and displayed varied EGFP expression, indicative of various degrees of silencing. When the methylation states of individual CpG sites within the transgene were analyzed, a striking increase in transgene-specific methylation was observed in all rederived cell lines. The results indicate that original transgenic donor cells and their rejuvenated derivatives may not be equivalent and differ in the functionality of their transgene sequences.