Gateway也可以被視為一種克隆操作平臺:把目的基因克隆到入門載體(Entry Vector)后,就不用依賴限制性內切酶,而靠載體上存在的特定重組位點和重組酶,高效、快速地將目的基因克隆到其它的受體載體(Destination Vector,目的載體)上。
Gateway的原理也是建立在噬菌體DNA定點整合到細菌宿主基因組上。在噬菌體和細菌的整合因子(INF、Int)的作用下,lambda的attP位點和大腸桿菌基因組的attB位點可以發生定點重組,lambda噬菌體DNA整合到大腸桿菌的基因組DNA中,兩側產生兩個新位點:attL和attR。
這是一個可逆的過程,如果在一個噬菌體編碼蛋白Xis和IHF、Int的共同介導下這兩個新位點可以再次重組回復為attB和attP位點,噬菌體從細菌基因組上裂解下來。這一過程的方向是受控于兩個重要因素:存在的介導蛋白和重組位點。
在Gateway系統中,入門載體包含兩個重組位點序列attL1和attL2,大小均為100bp,中間夾著一個自殺基因——ccdB基因。由于ccdB基因的表達產物能抑制普通的E.coli生長,在克隆時沒有切開或者自身環化的載體在轉化時不能生長。
在構建含目的基因的入門載體時必須切掉這個基因,接入目的基因。ccdB基因兩端可以選擇的酶切位點有限(2個),同時還必須考慮讀碼框架、啟動子、終止密碼等問題,因此Gateway系統提供了5種不同的入門載體以供選擇。需要特別注意的是轉化用的菌株必須是不含F附加體的,因為它表達的一種產物能阻斷ccdB基因,影響篩選結果。
同樣,目的載體(Destination Vector)也必須和Gateway系統配套,即目的載體的表達調控元件下游有兩個重組位點attR1和attR2,大小均為125bp,同樣也夾著一個ccdB自殺基因。
當需要將目的基因從入門載體(Entry Vector)轉移到目的載體(Destination Vector)時,只要將兩種質粒混合(線性化能有效提高重組率),加入含有Int、IHF、Xis等重組因子的LR重組酶混合物,attR2序列和attL2序列發生重組,生成一個融合質粒。
attL1序列再和attR1序列重組,融合質粒分解為兩個新的質粒,目的基因與原來位于目的載體上的自殺基因發生重組置換,得到一個帶目的基因的目的載體(生成新的重組位點attB1、B2)和帶自殺基因的入門載體(生成新的重組位點attP1、P2)。
反應過程需要25度保溫1小時(時間越長,重組率越高,特別是較大的質粒,反應過夜能提高5倍重組效率),蛋白酶K37度處理10分鐘,轉化。由于帶自殺基因的載體不能生長,加上抗生素篩選,轉化產物重組率高達90%以上。同樣,轉化用的菌株必須是不含F附加體的。
由于在這個反應中attL1序列只和attR1序列重組,attL2序列只能與attR2序列重組,這個方向的反應稱為LR反應。LR反應生成新的位點稱為attP1/2(200bp)和attB1/2(25bp)序列。 在一定的條件下,attP和attB序列也能發生重組,生成attL和attR序列,這個反向反應稱為BP反應。
當用戶得到一個含目的基因的Gateway表達載體,希望將目的基因轉移到另外幾個Gateway表達載體中時,只要先將目的基因從Gateway表達載體中轉移到入門載體上,在由入門載體轉移到其它的表達載體就行。
將含目的基因的Gateway表達載體(attB1—目的基因—attB2序列)與帶有attP1-ccdB(自殺基因)-attP2序列的供體載體(pDONR,注意這個載體不同于入門載體Entry Vector)混合,加入含有Int、IHF的BP重組酶混合物,25度保溫1小時,37度蛋白酶K處理10分鐘,根據與上面相同的原理,attP和attB序列也能發生重組,生成帶有目的基因的入門載體(Entry Vector)和帶自殺基因的表達載體。
同樣,由于抗性不同以及自殺基因的作用,只有含目的基因的入門載體能被篩選出來。這即是BP反應。需要特別注意的是表達載體如果也是卡那霉素抗性,就必須選擇另外一個供體質粒以便篩選。
使用Gateway系統的第一步即為入門載體的構建,有以下幾種方法:
A、 PCR重組克隆
以下列方式合成PCR引物,即GGGG-attB1或者attB2序列(25bp)-基因特異性序列(18到25個堿基或以上),這樣在PCR擴增目的基因時就可以直接得到兩端帶有attB1/2基因的片斷。將PCR產物直接與上述的供體載體(帶有attP1-ccdB(自殺基因)-attP2序列)混合,加入BP重組混合酶,25度保溫1小時,再37度蛋白酶K處理10分鐘,即可轉化并得到帶有目的基因的入門載體。
當然,這個產物最后是需要測序鑒定的,并且,克隆到入門載體的基因不能表達,所以不能用抗體篩選檢測。還有一點值得注意的是,由于attB1的末端(第25個堿基)是T,所以跟在后面的基因特異性序列的頭兩位堿基不能是AA、AG和GA以免提前出現終止密碼。得到的入門克隆中,目的基因兩側具有attL重組位點,可以與任何Gateway?目的載體進行重組。
B、限制性內切酶消化
作為PCR克隆的替代方法,有5種Gateway?入門載體可以使用傳統的限制酶切和連接的方法產生入門克隆。這些載體配合合適的目的載體,可以用于表達天然蛋白或帶有N端或C端融合標簽的重組蛋白。為了在真核細胞中有效地翻譯蛋白,所有的5個Gateway?入門載體提供了Kozak 序列。此外,pENTR?11提供了SD (Shine-Dalgarno)序列,便于在大腸桿菌中有效的翻譯。
C Gateway?改造過的cDNA文庫
如果您已經有了用Gateway兼容載體構建的cDNA文庫,您就可以通過pDONRTM載體和BP ClonaseTM酶混合物進行一個簡單的重組反應,很容易地把單個克隆轉換成Gateway?入門克隆。這樣就不再需要亞克隆和測序,為您節約數小時的時間。SuperScript cDNA文庫使用pCMV·SPORT構建,有幾種的人組織來源可供選擇,這些文庫有很大一部分是全長的插入片段,可以完全代表來源mRNA。