在研發轉基因小鼠或基因嵌入報告基因模式小鼠的過程中,經常要用到報告基因。常用的報告基因包括:lacZ、EGFP、zsGreen、EYFP、DsRed (DsRed2)、mRFP、mCherry、HuCD2、Thy1.1、HA tag、FLAG tag、Luciferase等。那什么時候選擇哪種reporter呢?
做小鼠胚胎發育的研究人員一般喜歡用LacZ,也就是將LacZ置于一個啟動子的調節之下。用LacZ可以進行胚胎全身染色(whole body staining),這樣可以了解一個基因在體內的表達譜全貌。如果做細胞跟蹤,比如免疫細胞,神經細胞等,一般喜歡用熒光蛋白。這樣一是容易對細胞進行分離(比如FACS)和體外分析,二是容易對分離的細胞進行體內追蹤(比如Adoptive transfer)。早些年用的zui多的是EGFP和EYFP。有的時候,我們需要將兩種不同的reporter小鼠交配在一起,研究兩個基因的關系,這時可以將兩個基因采用不同的熒光蛋白進行標記,也就是做兩種不同的模式小鼠。因為早期大家多是用EGFP,現在可以多做一些其它熒光蛋白的報告基因小鼠,以便跟以前研發的EGFP小鼠結合起來研究。 zsGreen和EGFP, EYFP都是綠色熒光。EGFP和EYFP很難區分開。zsGreen是一個比較穩定的綠色熒光蛋白。DsRed和TdTomato都是紅色熒光。這兩種熒光蛋白都有報告基因模式小鼠發表。TdTomato是一個信號非常強的熒光蛋白,目前已經有報告基因小鼠發表,對細胞/小鼠也沒有明顯的毒性。相信以后會有越來越多的小鼠用TdTomato來做報告基因。雖然mRFP和mCherry是兩個非常好的熒光蛋白,但由于它們需要584nm的激發光,所以一般的FACS儀器不能檢測到信號,需要用到LSRII這樣的儀器,而很多實驗室可能沒有這樣的儀器。也有用EBFP, ECFP做細胞實驗的,但用到小鼠上的比較少。比如需要用到紫外光來激發。如果想在一個小鼠里表達兩種熒光蛋白,是用兩種分得比較開的,比如,不要同時用EGFP和EYFP。
HuCD2和Thy1.1是細胞表面受體。HuCD2因為去掉了C-term序列,使得其失去了信號傳導的功能。那什么時候會用這兩種分子呢?比如我們想研究一個細胞內蛋白基因(比如轉錄因子)的功能,經常需要把表達這個蛋白的細胞分離純化出來。這個時候可以將HuCD2或Thy1.1報告基因放置在這個細胞內蛋白基因啟動子下(比如加一個IRES-Thy1.1), 這樣所有表達這個細胞內蛋白的細胞都會在細胞表面表達Thy1.1。這樣就可以用anti-Thy1.1抗體將這一群細胞分離出來,進行后續研究。當然也可以用anti-Thy1.1抗體進行組織切片的免疫熒光檢測。
HA、FLAG、Biotin等是細胞和生化實驗中常用的標簽多肽或蛋白。在Western blot,免疫沉淀(Immunoprecipitation)等實驗中經常用到,因為有非常特異的HA、Flag抗體。Biotin可以跟(Streptavidin)直接結合并用于免疫沉淀。在模式小鼠中,這些標簽多肽或蛋白可以與要研究的蛋白做成融合蛋白。這種模式小鼠zui常被用到的是Chip-chip實驗。比如要研究一個轉錄因子的功能,就需要知道這個轉錄因子在細胞內(正常或刺激條件下)結合到染色體基因組DNA的位置以及結合序列。我們知道,特異性好、親和力高的抗轉錄因子的抗體非常不容易得到或制備。這個時候可以將標簽多肽(比如FLAG)放在轉錄因子的C-term,做成融合蛋白。刺激細胞之后,對細胞進行化學交聯,并破碎細胞以及基因組DNA,然后用anti-FLAG抗體作免疫沉淀,將轉錄因子沉淀下來。zui后分析這些轉錄因子所結合的DNA段序列,從而找到該轉錄因子的在基因組上的識別序列,也就找到了該轉錄因子的作用基因。
熒光素酶做報告基因模式小鼠,一般是為了做活體成像實驗。比如在一個細胞因子啟動子下面放置熒光素酶基因。免疫小鼠之后,有些細胞或器官表達該細胞因子同時表達熒光素酶。通過注射熒光素酶底物可以檢測熒光在小鼠體內的分布,從而得出該細胞因子在不同免疫條件下的表達情況。熒光素酶在癌癥研究中也經常用。通過熒光活體成像可以研究腫瘤細胞的發生和轉移。