哺乳动物定量表达系统技术方案

本发明专利技术属于合成生物学和生物工程领域，涉及能够对哺乳动物细胞中一个或多个目的基因进行精确定量表达的系统和方法。具体而言，通过组合使用嵌合型加帽酶

【技术实现步骤摘要】
哺乳动物定量表达系统


[0001]本专利技术属于合成生物学和生物工程领域，涉及能够对哺乳动物细胞中一个或多个目的基因进行精确定量表达的系统和方法。

技术介绍

[0002]就多基因表达系统而言，将各蛋白的比例和数量维持在最优状态对于哺乳动物细胞中多亚基蛋白复合物的稳定性以及生物通路中各酶的协同功能来说至关重要。由于染色体缺失、重复或异位引起的蛋白数量的变化可能引起大量蛋白异常聚集，进而导致细胞功能失调等破坏性后果，例如肿瘤或神经退行性病变。在细胞中，为了将蛋白维持在所期望的比例和数量，存在多种机制来对蛋白水平进行精细调节和缓冲，以减轻环境和基因水平的波动造成的影响，此类机制包括负反馈、mRNA出核限制、复合物中未组装亚基的靶向非指数性降解(targetednon
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exponentialdegradation)等。特别地，研究发现，人类细胞和其它真核细胞对蛋白复合物中专性亚基(obligate subunit)的计量数的调控方式为，通过控制其合成速率(而非负反馈)来调节各亚基的比例。
[0003]直到最近，哺乳动物多基因体系下计量数的重要性才得到广泛认可。例如，在干细胞命运决定过程中，四种重编程因子Oct4、Sox2、KLF4和c
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Myc的比例极大地影响了诱导多能干细胞的效率和质量。目前，本领域已表征了一些能够在哺乳动物宿主中定量表达的启动子库，但这些表达系统的表达强度与表达盒附近序列高度相关，因此难以实现对计量数进行精确的微调。在本专利技术中，通过将来自噬菌体的单体RNA聚合酶(RNAP)与mRNA加帽酶(capping)融合，构建嵌合型加帽酶
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RNA聚合酶(capping
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RNAP)，由该融合蛋白中的RNAP结构域驱动同源启动子的转录，实现对哺乳动物细胞背景下蛋白复合物中各蛋白的表达量和表达比例进行预测和精确控制。

技术实现思路

[0004]在第一方面，本专利技术涉及一种用于表达哺乳动物细胞中一个或多个目的基因的系统，所述系统包含：
[0005]嵌合型加帽酶
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RNA聚合酶，所述嵌合型加帽酶
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RNA聚合酶包含单体RNA聚合酶结构域以及病毒加帽酶结构域；其中，所述单体RNA聚合酶选自于由T7RNA聚合酶(T7RNAP)、T3 RNA聚合酶(T3 RNAP)、K11 RNA聚合酶(K11 RNAP)、K1.5RNA聚合酶(K1.5RNAP)以及SP6RNA聚合酶(SP6RNAP)所组成的组；所述病毒加帽酶选自于由蓝舌病毒加帽酶、非洲猪瘟病毒加帽酶、棘阿米巴多食性拟病毒加帽酶、竹花叶病毒加帽酶以及痘病毒加帽酶所组成的组；以及
[0006]单体RNA聚合酶识别的启动子，其中，所述T7 RNA聚合酶识别的启动子选自于由SEQ ID NO：1
‑
SEQ ID NO：54所组成的组；所述T3 RNA聚合酶识别的启动子选自于由SEQ ID NO：161
‑
SEQ ID NO：172所组成的组；所述K11 RNA聚合酶识别的启动子选自于由SEQ ID NO：55
‑
SEQ ID NO：112所组成的组；所述K1.5RNA聚合酶识别的启动子选自于由SEQ ID NO：
183
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SEQ ID NO：234所组成的组；所述SP6 RNA聚合酶识别的启动子选自于由SEQ ID NO：113
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SEQ ID NO：160所组成的组。
[0007]在第二方面，本专利技术涉及一种用于表达哺乳动物细胞中一个或多个目的基因的系统，所述系统包含：
[0008]一个或多个嵌合型加帽酶
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RNA聚合酶基因表达盒，所述嵌合型加帽酶
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RNA聚合酶基因表达盒各自独立地包含嵌合型加帽酶
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RNA聚合酶编码序列，所述嵌合型加帽酶
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RNA聚合酶各自独立地包含单体RNA聚合酶结构域以及病毒加帽酶结构域；其中，所述单体RNA聚合酶选自于由T7 RNA聚合酶、T3 RNA聚合酶、K11 RNA聚合酶、K1.5RNA聚合酶以及SP6 RNA聚合酶所组成的组；所述病毒加帽酶选自于由蓝舌病毒加帽酶、非洲猪瘟病毒加帽酶、棘阿米巴多食性拟病毒加帽酶、竹花叶病毒加帽酶以及痘病毒加帽酶所组成的组；以及
[0009]一个或多个目的基因表达盒，所述目的基因表达盒各自独立地包含单体RNA聚合酶识别的启动子以及目的基因序列，其中，所述T7 RNA聚合酶识别的启动子选自于由SEQ ID NO：1
‑
SEQ ID NO：54所组成的组；所述T3 RNA聚合酶识别的启动子选自于由SEQ ID NO：161
‑
SEQ ID NO：172所组成的组；所述K11 RNA聚合酶识别的启动子选自于由SEQ ID NO：55
‑
SEQ ID NO：112所组成的组；所述K1.5RNA聚合酶识别的启动子选自于由SEQ ID NO：183
‑
SEQ ID NO：234所组成的组；所述SP6 RNA聚合酶识别的启动子选自于由SEQ ID NO：113
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SEQ ID NO：160所组成的组。
[0010]在第三方面，本专利技术涉及一种用于表达哺乳动物细胞中一个或多个目的基因的方法，所述方法包括：
[0011]构建一个或多个嵌合型加帽酶
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RNA聚合酶基因表达盒，所述嵌合型加帽酶
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RNA聚合酶基因表达盒各自独立地包含嵌合型加帽酶
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RNA聚合酶编码序列，所述嵌合型加帽酶
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RNA聚合酶各自独立地包含单体RNA聚合酶结构域以及病毒加帽酶结构域；其中，所述单体RNA聚合酶选自于由T7 RNA聚合酶、T3 RNA聚合酶、K11 RNA聚合酶、K1.5RNA聚合酶以及SP6 RNA聚合酶所组成的组；所述病毒加帽酶选自于由蓝舌病毒加帽酶、非洲猪瘟病毒加帽酶、棘阿米巴多食性拟病毒加帽酶、竹花叶病毒加帽酶以及痘病毒加帽酶所组成的组；以及
[0012]构建一个或多个目的基因表达盒，所述目的基因表达盒各自独立地包含单体RNA聚合酶识别的启动子以及目的基因序列，其中，所述T7RNA聚合酶识别的启动子选自于由SEQ ID NO：1
‑
SEQ ID NO：54所组成的组；所述T3 RNA聚合酶识别的启动子选自于由SEQ ID NO：161
‑
SEQ ID NO：172所组成的组；所述K11 RNA聚合酶识别的启动子选自于由SEQ ID NO：55
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SEQ ID NO：112所组成的组；所述K1.5RNA聚合酶识别的启动子选自于由SEQ ID NO：183
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SEQ ID NO：234所组成的组；所述SP6 RNA聚合酶识别的启动子选自于由SEQ ID NO：113
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于表达哺乳动物细胞中一个或多个目的基因的系统，所述系统包含：嵌合型加帽酶
‑
RNA聚合酶，所述嵌合型加帽酶
‑
RNA聚合酶包含单体RNA聚合酶结构域以及病毒加帽酶结构域；其中，所述单体RNA聚合酶选自于由T7 RNA聚合酶、T3 RNA聚合酶、K11 RNA聚合酶、K1.5 RNA聚合酶以及SP6 RNA聚合酶所组成的组；所述病毒加帽酶选自于由蓝舌病毒加帽酶、非洲猪瘟病毒加帽酶、棘阿米巴多食性拟病毒加帽酶、竹花叶病毒加帽酶以及痘病毒加帽酶所组成的组；以及单体RNA聚合酶识别的启动子，其中，所述T7 RNA聚合酶识别的启动子选自于由SEQ ID NO:1
‑
SEQ ID NO:54所组成的组；所述T3 RNA聚合酶识别的启动子选自于由SEQ IDNO:161
‑
SEQ ID NO:172所组成的组；所述K11 RNA聚合酶识别的启动子选自于由SEQ IDNO:55
‑
SEQ ID NO:112所组成的组；所述K1.5 RNA聚合酶识别的启动子选自于由SEQ IDNO:183
‑
SEQ ID NO:234所组成的组；所述SP6 RNA聚合酶识别的启动子选自于由SEQ IDNO:113
‑
SEQ ID NO:160所组成的组。2.一种用于表达哺乳动物细胞中一个或多个目的基因的系统，所述系统包含：一个或多个嵌合型加帽酶
‑
RNA聚合酶基因表达盒，所述嵌合型加帽酶
‑
RNA聚合酶基因表达盒各自独立地包含嵌合型加帽酶
‑
RNA聚合酶编码序列，所述嵌合型加帽酶
‑
RNA聚合酶各自独立地包含单体RNA聚合酶结构域以及病毒加帽酶结构域；其中，所述单体RNA聚合酶选自于由T7 RNA聚合酶、T3 RNA聚合酶、K11 RNA聚合酶、K1.5 RNA聚合酶以及SP6 RNA聚合酶所组成的组；所述病毒加帽酶选自于由蓝舌病毒加帽酶、非洲猪瘟病毒加帽酶、棘阿米巴多食性拟病毒加帽酶、竹花叶病毒加帽酶以及痘病毒加帽酶所组成的组；以及一个或多个目的基因表达盒，所述目的基因表达盒各自独立地包含单体RNA聚合酶识别的启动子以及目的基因序列，其中，所述T7 RNA聚合酶识别的启动子选自于由SEQ IDNO:1
‑
SEQ ID NO:54所组成的组；所述T3 RNA聚合酶识别的启动子选自于由SEQ ID NO:161
‑
SEQ ID NO:172所组成的组；所述K11 RNA聚合酶识别的启动子选自于由SEQ ID NO:55
‑
SEQ ID NO:112所组成的组；所述K1.5 RNA聚合酶识别的启动子选自于由SEQ ID NO:183
‑
SEQ ID NO:234所组成的组；所述SP6 RNA聚合酶识别的启动子选自于由SEQ ID NO:113
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SEQ ID NO:160所组成的组。3.如权利要求2所述的系统，所述系统包含：一个嵌合型加帽酶
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RNA聚合酶基因表达盒，所述嵌合型加帽酶
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RNA聚合酶表达盒包含第一启动子序列以及嵌合型加帽酶
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RNA聚合酶编码序列，所述嵌合型加帽酶
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RNA聚合酶包含单体RNA聚合酶结构域以及病毒加帽酶结构域；以及一个或多个目的基因表达盒，所述目的基因表达盒各自独立地包含第二启动子序列以及目的基因序列，其中，各第二启动子独立地为所述单体RNA聚合酶识别的启动子；优选地，所述目的基因的数量为1
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10个、更优选1
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3个；优选地，所述第一启动子选自于CMV1、CMV3G、EF1a、CMVmini或EF1a核心启动子；优选地，所述第一启动子为双启动子，并包含所述单体RNA聚合酶识别的启动子；优选地，所述嵌合型加帽酶
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RNA聚合酶的单体RNA聚合酶结构域以及病毒加帽酶结构域之间具有(G4S)4连接肽；优选地，所述病毒加帽酶为非洲猪瘟NP868加帽酶；优选地，所述系统进一步包含阻遏蛋白表达盒，所述阻遏蛋白选自于RpaR、BraR、BjaR、
ID NO:1
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SEQ ID NO:54所组成的组；所述T3 RNA聚合酶识别的启动子选自于由SEQ IDNO:161
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SEQ ID NO:172所组成的组；所述K11 RNA聚合酶识别的启动子选自于由SEQ IDNO:55
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【专利技术属性】
技术研发人员：娄春波，欧阳颀，秦宸睿，项延会，刘杰，钱珑，王卫军，刘子明，张浩千，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：