在基因功能研究中,传统基因敲低(如shRNA技术)常受限于约70%的敲除效率,易出现WB检测效果不佳等问题;常规移码敲除也存在敲除不彻底的隐患。而新一代CRISPR技术的大片段敲除方案,可实现基因蛋白质功能的彻底失活,结合海星生物优化的高效技术体系,大幅缩短构建周期,成为当前细胞系编辑的优选策略。以下是经技术升级后的超快基因敲除细胞系构建全流程:
1. 敲除片段与靶点筛选:优先选择1-10kb的片段进行敲除,该范围兼顾编辑效率与彻底性。靶点设计上优先选取非3倍数外显子,可直接导致基因阅读框移位;若无可选非3倍数外显子,通过扩大敲除片段范围仍可实现高效失活。结合最新大片段编辑技术原理,优化双gRNA(Dual-gRNA)设计策略,减少非预期编辑风险,提升精准性。
2. 载体构建与验证:采用优化后的Dual-gRNA表达载体,通过高效PCR克隆技术将目的gRNA快速构建至载体中,配套无缝连接体系减少构建步骤。构建完成后进行Sanger测序验证,确保gRNA序列无误,同时通过载体功能元件优化(如增强型启动子)提升后续编辑效率。载体结构关键元件包括:hU6/macU6启动子、gRNA scaffold、筛选标记基因(EGFP+Puro)、WPRE增强子等,保障gRNA高效表达与阳性细胞筛选。
1. 细胞制备与转染:选取对数生长期细胞,保证细胞活力≥90%以提升转染效率。转染方式优先采用优化后的电转体系,相较于传统脂质体转染,效率提升1倍以上;搭配海星生物专有VIRUS-Free技术,无需病毒包装流程,转染效率可媲美病毒法,且周期缩短40%,同时规避病毒操作的生物安全风险。

2. 阳性细胞筛选:电转后更换新鲜培养基培养24小时,随后加入嘌呤霉素(Puro)进行药物筛选,持续3天。通过载体携带的EGFP荧光标记,可借助流式细胞仪快速富集阳性细胞,进一步提升后续单克隆筛选效率,减少无效工作量。
主流单克隆技术对比与优选:
A. 传统单克隆环法:优点是操作简单、工作量小,但需提前绘制细胞密度与药物浓度致死曲线,易因参数偏差导致单克隆不纯,含非整合细胞,稳定整合细胞易失去生长优势,适合低通量、对纯度要求不高的实验。
B. 海星ClonePlus™高效单克隆技术:融合高通量电转体系与智能克隆分选技术,通过单细胞精准分选获得基因编辑单细胞,克隆形成率高达98%。针对传统方法难以处理的低克隆形成率细胞株(如悬浮细胞、部分肿瘤细胞)仍可高效获得敲除单克隆,7-10天即可完成绝大部分细胞的单克隆挑取与初步扩增,是流程加速的核心技术之一。
1. 快速PCR验证:将获得的单克隆细胞在96孔板中传代培养后,提取基因组DNA,采用特异性引物进行PCR验证。由于采用大片段敲除策略,可通过琼脂糖凝胶电泳直接判断敲除效果(野生型与敲除型条带大小差异明显),无需复杂的测序读图分析,2天内即可完成全部单克隆的验证工作,大幅缩短验证周期。
2. 功能验证与扩增:选取PCR验证阳性的单克隆细胞,进行扩大培养,随后通过RT-PCR检测目标基因mRNA表达水平,确认基因完全沉默;必要时通过WB检测目标蛋白表达,验证蛋白质功能彻底失活。验证合格后的细胞株可进行冻存与后续实验应用。
1. 流程加速核心:ClonePlus™技术是整个敲除流程加速的关键,尤其适用于悬浮细胞(如K562、THP-1)的扩增与单克隆获取,显著缩短悬浮细胞系构建周期。搭配高效载体构建、VIRUS-Free转染、快速PCR验证等环节的技术优化,整体构建周期可控制在4-5周,远快于传统流程。
2. 广泛适用的细胞类型:ClonePlus™技术已在多种肿瘤细胞中完成验证,覆盖血液、骨、脑&神经、乳腺、结肠、肺、肝、卵巢、胰腺、胃、前列腺、头颈、食道等多个组织来源,均能实现高效敲除。详见列表。
肿瘤细胞组织 | ClonePlus™技术已验证细胞系 |
血液 | JVM-3、K562、Karpas299、Kasumi、MEC-1、MEC-2、MEG-01、Molm-16、MOLT-4、OCI-LY19、Daudi、DoHH-2、EHEB、Jurkat E6-1、JVM-13、JVM-2、REH、TF-1、THP-1、Toledo、U-937 |
骨头 | CADO-ES1、RD-ES |
脑&神经 | U251、U-87 MG、LN229、SF126、SH-SY5Y、SK-N-SH、A172、H4、IMR-32、LN18、U-118MG |
乳腺 | BT-549、DU4475、MDA-MA-436 |
结肠 | HT-29、HCT 116 |
肺 | DMS79、DMS114、EBC-1、H69AR、HCC4006、A549、Calu-6、DMS53、NCI-H82、SK-MES-1 |
肝 | MHCC97H、HCCLM3、Hep G2、HLF、HUH-7、JHH-5、PLC/PRF/5、SK-HEP-1、SNU-398、SNU-878、SNU-886 |
卵巢 | OVCAR-8、SW626、SW756、SK-OV-3 |
胰腺 | MIA PaCa-2、PANC-1、PL45、AsPC-1、Capan-1 |
胃 | A3/KAW、AGS、AZ521、GTL-16、HGC-27、Hs 746T、IM95、KATO III、MKN1、MKN45、NCI-N87、NUCC-4、OCUM-1、SCH、SNU-1、SNU-16、SNU-5、SNU-484、SNU601、SNU-620、SNU-638、SNU-668、YCC-11 |
前列腺 | PC-3 |
头颈 | FaDu、SW579 |
食道 | KYSE70、KYSE410、TE-1 |
以上超快基因敲除细胞系构建方案由海星生物(http://www.hycte.com)基于新一代CRISPR大片段编辑技术优化而成,兼顾效率、精准性与实用性,为基础研究、药物研发等领域提供稳定可靠的基因编辑细胞模型支撑。