福利 | 常用商业化载体的图谱解析(Ⅲ)—详解

1  载体元件——操纵序列(Operator)

在原核生物的基因表达调控中，操纵序列有着重要的作用，对E.coli中天然的lac操纵子的研究打开了基因开关研究的大门，该领域也是合成生物学研究中基因环路设计的基础与重点。操纵序列一般是紧邻启动子，并在其下游附近，并且会有一个抑制蛋白与其一起起到调控作用，如上图所示的lac操纵子模型中，lacI基因表达的lacI蛋白会结合到lac操纵序列上，从而抑制了其下游lacZ/Y/A等系列基因的表达，如果在培养体系中加入乳糖类似物IPTG，那么IPTG结合lacI蛋白后会发生结构上的改变并从lac操纵序列上解离下来，进行RNA聚合酶可以顺利地结合lac启动子，进而进行下游基因的转录。商业上非常成功的表达载体如pET载体家族就是依靠lac操纵子模型而设计的，如下pET-15b图谱所示：

另外，tet操纵序列和tetR蛋白也是常用的“操纵序列+抑制子”配对，如下图局部所示：

2  载体元件——抑制子（Repressor）

Top: The operator is shown in red, part of the DNA. It is bound to the repressor(green), which prevents RNA polymerase(yellow) from transcribing the target genes(6,7,8).

Bottom: The green repressor is inhibited by the white molecule. RNA polymerase(yellow) is free to transcribe the target genes(6,7,8). This particular process shows the operator's role in the lac operon. Lactose is the white molecule in the bottom diagram.

抑制子与操纵序列的相互作用原理机制如上图所示。

3  载体元件——启动子(Promoter)

启动子在一个载体中起着至关重要的作用，因为它往往决定了载体的实际用途和所需要的宿主细胞系统，如哺乳动物细胞中最常用的启动子时CMV，而E.coli中最常用的是lac启动子，而植物表达载体中，最常用的是CaMV 35S启动子，部分启动子列表如上所示。

部分载体图谱实例如下：

• E.coli：下图中的cat启动子是氯霉素基因的启动子：

• 哺乳动物细胞：如下图所示CMV和SV40启动子：

•  植物细胞：如下图所示的CaMV 35S启动子：

• 昆虫细胞：如下图所示的polyhedrin启动子：

• 酵母细胞：如酿酒酵母常用载体pYES2载体中，Gal1启动子和URA3启动子：
  

4  载体元件——终止子(Terminator)

Simplified schematics of the mechanisms of prokaryotic transcriptional termination. In Rho-independent termination, a terminating hairpin forms on the nascent mRNA interacting with the NusA protein to stimulate release of the transcript from the RNA polymerase complex(top). In Rho-dependent termination, the Rho protein binds at the upstream rut site, translocates down the mRNA, and interacts with the RNA polymerase complex to stimulate release of the transcript.

转录信号的终止如上图所示。

• E.coli：常用的终止子如rrnB1/B2和T7te（te表示的就是terminator的意思），如下图所示：

• 哺乳动物细胞：最常用的是bGHpoly(A)和SV40 poly(A)，poly(A)信号序列同终止子序列是同意的，如下所示：

• 酵母细胞：毕赤酵母细胞中最常用的终止子是AOX1，如下所示：