【應用專輯】藥物活性檢測的關鍵技術:報導基因(Reporter Gene)技術




【前言】


『報導基因法』(reporter gene)是常見的分子生物手段。實作中會將報導基因與目標序列或調控序列連接(如圖1),如將報導基因置於特定啟動子(promoter)後,用以研究其調控機制或表達/標定特定蛋白質。報導基因的種類很多,簡單可根據分析檢測方法區分為。 


  1. 體外型

  1. 體內型

 

體外型此類報導基因為"分泌性"報導基因,如氯黴素乙醯基轉移酶基因(CAT)、人生長激素基因(hGH)及分泌型鹼性磷酸酶基因(SEAP)等,需在含有報導分子的細胞裂解液或者細胞/組織培養液中進行。


體內型:可以在活的細胞或組織中進行,如綠色螢光蛋白基因(GFP);而β-半乳糖苷酶基因(β-Gal)和螢火蟲冷光素酶(Firefly luciferase)基因既可以在體外分析也可以在體內分析。



出處:https://www.researchgate.net/figure/Principle-of-the-reporter-gene-assay-A-plasmid-containing-a-reporter-gene-downstream-of_fig3_276917993

【常見報導基因的比較】



報導基因

優點

缺點

CAT

在哺乳動物中沒有內源性活性;可用於自動化的ELISA方法檢測

線性範圍窄;

靈敏度相對較低;

需要使用放射性同位素

β-Gal

蛋白穩定;生物或化學發光檢測靈敏不需要使用同位素

在哺乳動物細胞中有內源性活性

hGH

屬於分泌型報告蛋白;

操作簡便

靈敏度相對較低;

線性範圍較窄

SEAP

化學發光檢測法非常靈敏;線性範圍較寬

價格便宜

在某些細胞中具有內源性表達;與篩選的化合物相互干擾

Luciferase

靈敏性好

線性範圍寬;

沒有內源性表達;

測定簡便

蛋白的半衰期較短

常規分析重複性差

GFP

自發螢光;應用廣有多種突變體可應用

敏感性較低

(沒有信號的放大)

【生物學活性檢測】

 

  藥物上市前都必需完整評估藥物有效性,以瞭解有效活性成分及其使用濃度。在動物試驗、臨床前及臨床研究中,常以生物學活性檢測評估藥物的有效性和臨床應用價值

  普遍的生物學活性檢測方法主要培養細胞為基礎的體外研究。但近年生物藥的蓬勃發展,報導基因法則逐漸成為主流

  Ⅰ型干擾素為例,報導基因法就已被收錄測定的標準方法之一,下表整理了一些常見生物學活性檢測方法:

 

藥物

Signal pathway

生物學活性

報導基因

Interferon

Interferon-stimulated 

response elements,

ISRE

抗病毒/抑制細胞增殖/免疫調節

螢光素酶/綠色螢光蛋白

TNF-α

 Nuclear factor

免疫調節

螢光素酶

Recombinant human 

Epo

sis- inducible element

IFN-stimulated response 

elements,ISRE

促進細胞增殖

螢光素酶

Growth hormone

Growth hormone 

response elements

促進細胞增殖

螢光素酶
/β-半乳糖苷酶

促甲狀腺激素(Thyroid-stimulating hormone)

cAMP 

response elements

調節細胞代謝


螢光素酶


interleukin 1

 Nuclear factor

免疫調節


螢光素酶


Anti CD20 antibody

transcription factor

抗腫瘤


螢光素酶


注:該表僅列舉了部分典型藥物的生物學活性檢測方法。



【報導基因法的優點】



● 快速

傳統的plaque assay研究干擾素活性,從病毒的感染到觀察到細胞病變,至少需要2天的時間。上表中列舉的各個生物製品相關的報基因法檢測均可在1天內完成,大幅的提高了工作的效率。

● 精準

以抗血管內皮生長因數VEGF抗體的生物學活性檢測為例,傳統的人臍靜脈內皮細胞HUVEC增殖法精密度和準確性的CV則只能控制在15%以內,而報基因法變異係數CV小於10%。變異度越小就意味著檢測結果更加真實可靠。


● 直觀

成功的報基因活性檢測方法,會善用藥品活性相關的signal pathway,從而能夠直觀的反映藥物的作用機制




【SoftMax Pro分析報告範例法】



  以冷光素酶報基因的檢測為例,在軟體內按一下Setting,如下圖設定


Mode

:點選LUM

Type

:點選Endpoint 

Wavelength

:勾選All

Plate type

:(建議使用白盤) 選擇相應的盤子or

選擇標準的非透明盤

Plate Area

:設定樣品擺放的位置

PMT and Optics

:設定Integration Time,

依試劑使用說明或實際需

Shake

:(可選項) 勾選並修改震盪時間








  在Series介面內,由上至下設定,選擇樣品排列方向,X/Y軸方向的重複數量,起始濃度和稀釋倍數/方式(加減乘除),以同樣的方式設置其他樣品分組,通過Add/Delete/Edit可以對已有的分組進行刪減和編輯(名稱和單位)。



  若是以GFP作為報基因,則在setting中選擇FL和Endpoint

Mode

:點選FL

Type

:點選Endpoint

Wavelength

:設定Excitation 488nm,Emission 510nm

Plate type

:選擇相應的盤子or如需底讀可選標準的底 部透明盤

Plate Area

:根據樣品的擺放位置進行選擇

PMT and Optics

:PMT Gain選擇Automatic;勾選Read from Bottom

Shake

:如需在讀數前對盤子進行震盪,則勾選並修改震盪時間。





  樣品分組設置方法參考前述介紹內容,設置完成後點擊 Read 進行資料的讀取。


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