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瑞兴生物|单细胞测序·空间转录组·三代测序·RNA调控

多组学技术服务与深度数据挖掘 · 从研究设计到实验验证的全流程支持
细胞分子平台 · 模型构建

细胞模型构建

机制研究最后都要落到一个"改过基因的细胞"上。这件事其实是三段:先把细胞养对(身份、无污染),再用转染或慢病毒把目标基因敲低或过表达,需要彻底没有这个蛋白时,用 CRISPR/Cas9 敲除。三段连起来做,质控才串得上,后面测序和表型实验的结果才敢用。

  • 细胞培养与身份鉴定
  • 瞬时转染
  • 慢病毒稳转株
  • CRISPR/Cas9 敲除
  • 支原体防治
10万级细胞培养洁净室等级
100+种细胞培养与转染的经验覆盖
STR鉴定每株细胞带身份报告
≥70%敲低mRNA 水平判定线(且显著)
01

先确定你要哪一种模型

这三件事经常被混在一起问:我这个基因要不要敲、要敲到什么程度、用什么手段做。顺序其实很简单——先看目的,再选手段。下面这张表是三个方向的实际差别。

对比项瞬时转染
质粒 / shRNA / siRNA
慢病毒稳转株CRISPR/Cas9 敲除
动的是什么转录本:降解 mRNA 或过量表达转录本:整合进基因组后长期表达基因组 DNA:片段缺失
改到什么程度部分降低,通常 60–90%部分降低,但可长期维持蛋白完全缺失
能维持多久数天,随传代稀释掉长期稳定,可冻存建库永久,可传代、可建库
适合做什么快速验证表型、筛靶点、备测序样本需要多次重复、要进动物实验结论必须是"彻底没有这个蛋白";非编码 RNA 片段缺失
主要风险效率随细胞类型与代次波动病毒制备与滴度、插入位点效应单克隆筛选较慢;部分基因敲掉后细胞不长
一句话判断:结论要的是"表达降下来",做敲低;要的是"这个蛋白不存在",做敲除;要长期用、要进动物,走慢病毒稳转。三者也能叠着用——比如先敲低拿到表型,再用敲除细胞系把结论钉死。
02

第一步:把细胞养对

细胞系共享、身份错配、支原体污染——这三件事毁掉的实验,比技术难度本身多得多。所以我们把培养当成项目的第一道质控,而不是"顺手养一下"。

每个细胞都带一张"身份证"

  • 人源细胞系STR 鉴定报告,与数据库比对确认身份。
  • 非人源细胞系种属鉴定报告,排除种属混用与交叉污染。
  • 原代细胞免疫荧光鉴定报告,确认目标细胞类型的纯度。

细胞均来源于国内外可靠细胞库。这一步看着繁琐,但它是后面所有结果能被重复的前提——审稿人问"你怎么确认这是这个细胞"时,报告就是答案。

环境受控:10 万级细胞培养洁净室

10 万级细胞培养洁净室内部:环氧地坪、层流送风口与超净工作台
洁净室内部:层流送风与环氧地坪,定期消杀
实验人员在 10 万级洁净室内进行细胞操作
细胞操作全程在洁净室内完成,人员着装与流程受控

支原体:从源头到清除,三段都有动作

支原体污染最麻烦的地方是不显形——细胞照样长,实验照样出结果,但数据已经不可信了。我们的做法分三段:

01

源头清

从源头剔除带污染源的细胞,维持洁净种子库,不让问题进到项目里。

02

每周测

用业内认可的支原体检测试剂盒例行每周检测;项目样品制备前必检一次,及时发现、动态清零。

03

能清除

客户珍贵细胞已经污染,可用已积累的多种清除方案处理,尽量把细胞救回来。

支原体日常检测示例:荧光定量试剂盒检测与琼脂糖凝胶电泳结果,含阳性、弱阳性与阴性对照
支原体日常检测示例:试剂盒检测 + 凝胶电泳验证,右侧含阳性、弱阳性与阴性对照
为什么在这上面花这么多篇幅:有统计显示,三万余篇论文使用了身份错误或已失去价值的细胞,国内外约 60% 实验室的细胞存在支原体污染。这类问题不会让实验当场失败,只会让结论站不住。
03

第二步:让基因表达降下来,或者升上去

研究一个基因的功能,最常用的手段就是把它敲低或过表达,再看转录组、通路和表型怎么变。两条路:瞬时转染(质粒 / shRNA / siRNA)和慢病毒感染制备稳转模型。差别不在"哪个更先进",而在你的细胞吃哪一套。

难点也在这儿:不同细胞要不同的转染条件;同一个基因,选敲低还是过表达取决于你问的问题;而质控能不能过关,直接决定后面测序和表型数据可不可信。

整个过程五步,每一步都留痕

1

细胞培养

细胞鉴定正确、支原体阴性报告先到位。

2

细胞种板

拍照留档,再次确认支原体阴性。

3

细胞转染

脂质体转染 / 电转 / 慢病毒感染 / 腺病毒感染,需要时加荧光拍照。

4

qRT-PCR 质检

RNA 提取与质检、引物设计、qPCR 算敲低或过表达倍数。

5

WB 质检

蛋白水平验证,灰度值做显著性分析。

百余种细胞的培养与转染经验

下面按科室/疾病方向列了我们实际做过的细胞,包含但不限于此。同一株细胞在不同实验室的转染效率能差一倍,所以这张表的用处是:如果你的细胞在表里,说明条件基本摸好了。

科室/疾病方向已做过的细胞
眼科ARPE-19、SRA01/04、HRMEC 等
耳鼻喉科HEI-OC1、C666-1、TU212、CAL-27、FaDu 等
心血管内科HL-1、H9C2、HUVEC 等
呼吸科A549、Calu-3、BEAS-2B、PC-9 等
消化科HCT116、AGS、SW620、KYSE150、STC-1、TE-1、MKN-45、HGC-27、SW480 等
肝胆胰外科HuH-7、HepG2、BxPC-3、GBC-SD、WRL68、CAFS 等
肾病科/内分泌科HK2、PC-12、293T、786-O 等
血液病科/风湿免疫科THP-1、Jurkat、MOLM-13、K-562 等
神经内科SHSY5Y、HT22、N2A、BV2 等
神经外科GH3、U251、N9、U87MG、T98G、MMQ 等
骨科SW1353、MC3T3-E1、HOS、C2C12 等
普外科BHT101、BCPAP 等
皮肤科HaCaT、HKF 等
泌尿科22RV1、5637、RT4、UMUC3、PC-3、TM4 等
妇科HeLa、SKOV3、KGN、HTR8-SVneo、Bewo、SiHa 等
乳腺科MDA-MB-231、MDA-MB-468 等
表里没有的细胞不等于做不了。原代细胞、悬浮细胞、干细胞这类难转的,我们会先做条件摸索——几组脂质体比例或电转参数跑下来,确认效率够了再上正式样本。硬拿默认条件去做,最后往往卡在"敲低不成功"上。
04

做成功了长什么样

以人脐静脉内皮细胞 HUVEC 的慢病毒敲低为例,四道质控依次过。这也是我们判断一个模型能不能往下交的标准。

慢病毒转染效率结果:shNC 对照组与 sh-1、sh-2、sh-3 三组,左列为明场、右列为 GFP 荧光
转染效率:shNC 对照与 sh-1/sh-2/sh-3 三组,左明场、右 GFP

四道质控,判定线写清楚

  • RNA 完整性RQN/RIN ≥7;琼脂糖凝胶三条带清晰,28S 亮度约为 18S 的两倍。
  • RNA 纯度与总量A260/280 在 1.8–2.2,A260/230 在 1–2;总量 ≥2 µg,浓度 ≥100 ng/µL。
  • qRT-PCRmRNA 水平敲低 70% 以上,且 T 检验有显著性。
  • Western Blot目的蛋白水平同步下降,灰度值差异显著。
RNA 完整性琼脂糖凝胶电泳:Marker 与 12 个样本,28S 与 18S 条带清晰
RNA 完整性:12 个样本的 28S/18S 条带清晰,比例正常
qRT-PCR 结果:NC 对照组与 SH-1、SH-2、SH-3 三组相对表达量,敲低组显著下降
qRT-PCR:三个敲低组相对表达量显著低于 NC 组(**** p<0.0001)
Western Blot 结果:目的蛋白条带与 ACTIN 内参,右侧为相对表达量灰度定量
Western Blot:蛋白水平同步下降,以 ACTIN 归一化后差异显著
四条里任何一条不过,我们不会交。"看起来降了"不能算成功——后面不管是测序还是表型实验,全都建立在这一步上。达不到就换序列、换转染方式或加做一轮,比返工整条链路便宜得多。
05

第三步:把这个蛋白彻底去掉

敲低是"少一点",敲除是"没有"。CRISPR/Cas9 直接在基因组层面动手:在目的基因上下游各设计一条向导 RNA(sgRNA),和携带 Cas9 的质粒一起转入细胞。sgRNA 通过碱基配对靶向 PAM(NGG)上游的序列,Cas9 的两个核酸酶结构域把双链切断;细胞自身的 DNA 损伤修复机制把断口两端接起来,中间那段就丢了——目标基因被精确敲除。

Cas9-sgRNA-DNA 三元复合物示意:Cas9 蛋白、RuvC 与 HNH 核酸酶结构域、sgRNA 与 PAM 序列
Cas9–sgRNA–DNA 三元复合物:RuvC 与 HNH 分别切割双链,PAM 决定识别位点

什么时候非敲除不可

  • 结论要求"完全无蛋白"敲低常残留 10–30% 的表达,碰上蛋白半衰期长、抗体特异性一般的情况,残留足以干扰判断。
  • 目标是长非编码 RNA可敲除 3000 nt 以上的片段,lncRNA、miRNA 簇这类用敲低压不下去的,敲除才有意义。
  • 要长期用、要进动物敲除细胞系是稳转的,能反复传代、冻存建库,后续接动物成瘤或移植实验都方便。
  • 要减少脱靶争议双 sgRNA 造成片段缺失,配合单克隆测序验证,比单点编辑更好解释——审稿人问脱靶时手里有证据。
敲除也有代价,先说清楚:单克隆筛选需要时间;部分基因敲掉后细胞不长、形态改变甚至死亡;同一基因的不同克隆表型可能不一致。这些风险在方案阶段会讲明,必要时改成条件性敲低,或者敲低 + 回补的路线。上来就承诺"包敲除成功"的,多半没做过难敲的基因。
06

交付什么

A

原始数据

B

实验报告

C

英文材料方法

D

结果图表

07

常见问题

我要做的细胞,你们养过吗?
上面表里列了 16 个方向、百余种细胞,都是实际做过的。表里没有的也未必做不了——我们会先确认细胞来源、培养条件和是否需要建种子库,再判断。原代细胞和悬浮细胞这类难养的,会先做一轮培养与转染条件摸索。
敲低效率多少算合格?
mRNA 水平降低 70% 以上,且 T 检验有显著性;同时在蛋白水平(WB)上看到同步下降。达不到我们会换序列、换转染方式或加做一轮,不会拿"降了一点"的结果交付——后面的测序和表型实验都建立在这一步上。
瞬时转染和慢病毒稳转,该选哪个?
看你要用多久。短期验证表型、筛靶点、准备测序样本,瞬时转染就够,快且成本低;需要长期培养、多次重复、或者后续接动物实验,就走慢病毒稳转株。悬浮细胞和难转染细胞通常优先慢病毒或电转。
CRISPR 敲除一定要筛单克隆吗?
要做结论就必须筛。混合克隆里每个细胞的编辑情况都不一样,有的没编辑上、有的是杂合,直接拿去测序或做表型,结果没法解释。我们做单克隆化 + 测序验证,把编辑类型和克隆号都写进报告。
细胞已经支原体污染了,还能救吗?
可以尝试清除。我们积累了多种清除方案,已经在多种细胞上用过;珍贵细胞建议先做清除、复检阴性后再建种子库。清除失败的,只能换新种子,这比带着污染往下做要划算。
敲除细胞系能用于动物实验吗?
可以。敲除细胞系是稳转的,能扩增、冻存、反复复苏,成瘤和移植实验常用。需要注意的是敲除后细胞的增殖与成瘤能力可能改变,做动物实验前建议先在体外确认生长曲线。
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