BioTechniques：无细胞表达究竟哪家强？

  无细胞表达系统让研究人员能够快速生成蛋白质，从而受到人们的青睐。来自真核细胞的裂解物能够对蛋白质进行翻译后修饰，但不同翻译系统的细微差别也会导致蛋白生产的变化。无细胞表达究竟哪家强？亚利桑那州立大学的研究人员近日在《BioTechniques》上发表了他们的比较结果。
  在目前的无细胞蛋白合成而言，大肠杆菌仍然是首选。不过，由于对人类和哺乳动物蛋白及其翻译后修饰的兴趣日益增加，真核系统也逐渐受到人们的欢迎。此外，对于某些技术，如mRNA展示和核酸可编程的蛋白芯片（NAPPA），研究人员倾向于使用真核表达系统来研究蛋白质互作。
  在这项研究中，研究人员比较了市场上三种常用的真核无细胞表达系统：麦胚提取物（WGE，Promega）、兔网织红细胞裂解物（RRL，Promega）和HeLa细胞裂解物（HCL、赛默飞世尔）。
  对于每个系统，研究人员定量了环状质粒和线性DNA所产生的萤光素酶蛋白的量。这些DNA模板的5’非翻译区（UTR）包含三种不同的翻译增强元件，包括脑心肌炎病毒（EMCV）内部核糖体进入位点，以及来自烟草花叶病毒（TMV）和苜蓿花叶病毒（AMV）的两个最小翻译增强元件。而模板的3’端也带有或不带62个核苷酸的poly-A尾巴。
  研究人员发现，质粒DNA产生的蛋白大约是线性DNA的500倍。对于模板上的元件，5’ UTR上的序列偏好对表达量有明显的影响，相比之下，3’ poly-A尾巴就没那么重要。他们认为，最有效的蛋白翻译系统是HeLa细胞裂解物，配合含有EMCV内部核糖体进入位点的质粒。线性模板效率不高，可能是因为它在细胞裂解物中被降解。线性模板的环化可防止降解，并提高产量。
  在一些应用中，人们必须使用特定的裂解物或DNA模板。为此，研究人员给出了一些建议。对于麦胚提取物，当5’ UTR中存在AMV或TMV时，质粒和线性DNA模板都能发挥最佳作用。对于HeLa细胞裂解物，情况则刚好相反，它表现出对EMCV的强烈偏好。此外，若3’端出现poly-A尾巴，则带有EMCV的线性DNA模板的翻译增加10倍。兔网织红细胞裂解物对质粒5’ UTR的序列没有明显的偏好，但同样偏爱线性模板中的AMV和TMV。
  为了说明这个结果并非萤光素酶特有的，研究人员也检验了其他几种人类蛋白，得出了相似的结论。作者在文中写道，为了尽可能提高蛋白产量，他们建议使用HeLa细胞裂解物以及5’ UTR上携带EMCV内部核糖体进入位点的质粒。尽管这个系统的成本比较高，但所产生的蛋白量也是其他系统的20-50倍。这使其成为高通量蛋白表达分析的理想选择。