隨著人類基因組計畫的完成，蛋白表達技術已滲透到生命科學研究的各個領域。越來越多的基因被發現，其中多數基因功能不明，利用蛋白表達系統表達目的基因是研究基因功能及其相互作用的重要手段。根據不同的表達要求，如表達量高低、目標蛋白的活性和表達產物的純化方法，可選用適當的表達系統及相應的表達策略。
基本介紹
- 中文名：異源蛋白表達
- 系統主要分為：原核蛋白表達系統等
- 領域：現代工業、醫療和基礎研究領域
- 目的基因：研究基因功能及其相互作用
- 代表：甲醇酵母、二硫鍵的形成等
分類,密碼子偏愛性,處理和修飾,
分類
蛋白表達是現代工業、醫療和基礎研究領域的重要組成部分，也是當前生物技術的難點和熱點，重組蛋白表達的系統主要分為：
原核蛋白表達系統
以大腸桿菌表達系統為代表，具有遺傳背景清楚、成本低、表達量高和表達產物分離純化相對簡單等優點，缺點主要是蛋白質翻譯後缺乏加工機制，如二硫鍵的形成、蛋白糖基化和正確摺疊，得到具有生物活性的蛋白的幾率較小。
酵母蛋白表達系統
以甲醇酵母為代表，具有表達量高，可誘導，糖基化機制接近高等真核生物，分泌蛋白易純化，易實現高密發酵等優點。缺點為部分蛋白產物易降解，表達量不可控。
哺乳動物細胞和昆蟲細胞表達系統
主要優點是蛋白翻譯後加工機制最接近體內的天然形式，最容易保留生物活性，缺點是表達量通常較低，穩定細胞系建立技術難度大，生產成本高。
異源蛋白質在細菌中表達是使用的主要的蛋白生產系統。大腸桿菌一直是最經濟的系統之一。然而為了生產需要特異修飾、胞外分泌或有特異摺疊需要的蛋白質，其他表達系統也是需要的。
密碼子偏愛性
原核細胞表達真核基因的cDNA時，會涉及到密碼子的偏愛性，真核細胞在表達原核來源的基因、真核基因的cDNA拷貝或其他無內含子的基因時可能表現很多特異問題。富含AT的基因在很多真核細胞中表達時會遭遇很劇烈的障礙。主要的真核信號序列如 加poly-A的位點、酵母轉錄終止位點和真核mRNA去穩定序列都是富含AT的。內含子序列也趨向於富含AT，儘管他們有參與剪下過程的很特異的識別序列。雖然絕大多數原核基因沒有剪下或聚腺苷過程，但這些真核過程需要的保守序列可能存在於原核基因中，因此當這些基因在真核細胞中表達時可能引起特異的問題。而且諸如哺乳動物和單子葉植物細胞的特異真核表達系統可能不能有效地表達無內含子的基因。
處理和修飾
真核mRNA在離開細胞核進而在胞漿的核糖體上被翻譯前需要特異的處理和修飾。這些過程包括去除內含子、5'端甲基化帽子形成和3'端加poly-A。內含子去除需要5'剪下位點、G75/G100U100A65AG65U保守序列、3'剪下位點、富含密啶NC66A100G100/G56保守序列和C72T98R77A100Y75保守序列。有效的加poly-A和mRNA剪下需要一個由兩個部分組成的信號：加poly-A保守序列AAUAAA和在切割位點內的50個鹼基的富含GT的序列。酵母真核轉錄終止序列（幾個不同的富含AT序列,如含TTTTTATA，TATATA，TACATA，TAGTAGTA的一個38bp區域）被研究的最清楚。這些結果來自對酵母突變體CYCI mRNA的mRNA水平和相對長度的確定的實驗。近期用in vivo質粒穩定性分析的研究結果證明：TATATA似乎和原始的38bp野生型區域一樣有效地終止轉錄，而TAGATATATATGTAA和TACATA效率差些，TTTTTTTATA幾乎沒有效率。所有這些序列在反方向時沒有終止轉錄功能。不幸的是幾乎沒有其他真核表達系統轉錄終止序列方面的信息。
內含子對幾個哺乳動物基因的正常表達是必需的，包括Beta-球蛋白、SV40 late mRNA和二氫葉酸還原酶基因。單子葉植物細胞充分表達乙醇脫氫酶的cDNA拷貝、報告基因氯黴素乙醯轉移酶、Beta葡萄糖苷酸酶和其他缺乏內含子的基因時也依賴內含子。轉錄區域內引入內含子可以通過未確定的轉錄後機制增強表達。（免疫球蛋白基因）內含子可能也包含轉錄增強子，因此通過轉錄機制增強表達。
