▏ 名字定義

      轉座因子（Transposable element，簡(jiǎn)稱(chēng)TE），又稱(chēng)“跳躍基因”，是指從基因組的一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置的DNA序列。這類(lèi)因子最早由遺傳學(xué)家芭芭拉·麥克林托克于50多年前發(fā)現。起初，生物學(xué)家對麥克林托克的發(fā)現持懷疑態(tài)度。然而，在接下來(lái)的幾十年里，人們逐漸發(fā)現，TE不僅會(huì )“跳躍”，而且幾乎存在于所有生物體（包括原核生物和真核生物）中，而且通常數量巨大。例如，TE約占人類(lèi)基因組的50%，占玉米基因組的90%。

▏ 轉座子類(lèi)型

▏ 實(shí)驗室中常用的DNA轉座子

      雖然轉座子有很多不同的類(lèi)型，但DNA轉座子在實(shí)驗室中用于基因組操作最為常見(jiàn)。在實(shí)驗室中使用轉座子時(shí)，轉座酶基因以反式形式提供，以便將目標基因插入轉座子的長(cháng)末端重復序列（LTR）之間，類(lèi)似于病毒載體的包裝過(guò)程。  

      常見(jiàn)的三種適合用作研究工具的轉座子系統：睡美人Sleeping beauty、PiggyBac和Tol2。 

1.睡美人Sleeping beauty，簡(jiǎn)稱(chēng)SB
      睡美人是一種合成的轉座因子，由魚(yú)類(lèi)中發(fā)現的mariner。睡美人首選的整合靶位是TA二核苷酸，被轉座酶切割后，它會(huì )在切除位點(diǎn)的末端序列上留下CAG DNA足跡。它的貨物容量>100 kB，但整合效率會(huì )隨著(zhù)貨物大小而降低。睡美人通過(guò)哺乳動(dòng)物基因組進(jìn)行整合，其整合特征接近隨機。SB在脊椎動(dòng)物中很活躍，在人類(lèi)細胞中的整合速度與逆轉錄病毒載體相似。SB轉座酶的高活性版本SB100X的效率比第一代SB轉座酶高~100 倍。 hySB100x在SB100X的基礎上進(jìn)行了改進(jìn)，轉座活性提高了 30%。

2.piggyBac
      piggyBac是在菜青蟲(chóng)中發(fā)現的 ，它的靶位是 TTAA，與其他轉座子不同，它在切除后不會(huì )留下 DNA 足跡序列。piggyBac可以裝載超過(guò)100 kB的DNA，并且在酵母、植物、昆蟲(chóng)和哺乳動(dòng)物細胞（包括人類(lèi)細胞）中體外和體內均有活性。piggyBac傾向于在轉錄起始位點(diǎn)、CpG 島和 DNaseI 高敏位點(diǎn)進(jìn)行整合。與睡美人一樣，piggyBac在人類(lèi)細胞中的整合效率與逆轉錄病毒載體相似。與密碼子優(yōu)化的野生型piggyBac轉座酶相比，高活性PB轉座酶 (hyPB)在哺乳動(dòng)物細胞中的活性高約10倍。 

3.Tol2
      Tol2是第一個(gè)在脊椎動(dòng)物中報道的活性 DNA 轉座子。它是在日本青鳉魚(yú)中發(fā)現的，因為它插入到青鳉魚(yú)的酪氨酸酶基因中導致了白化病。與睡美人（Sleeping Beauty）和piggyBac不同，Tol2 的首選整合位點(diǎn) TNA(C/G)TTATAA(G/C)TNA 具有較弱的共識序列。Tol2 可以將10-11 kB的DNA 遞送到哺乳動(dòng)物細胞中而不會(huì )降低效率，最大載量約為200 kB。與piggyBac類(lèi)似，Tol2也傾向于在轉錄起始位點(diǎn)、CpG 島和 DNaseI 高敏位點(diǎn)進(jìn)行整合。Tol2 僅在脊椎動(dòng)物中活躍，在人類(lèi)細胞中的整合效率低于piggyBac和睡美人。Minimal Tol2或miniTol2是原始Tol2的截短版本，其轉座活性提高了約 3 倍。

	Sleeping Beauty (SB)	piggyBac (PB)	Tol2
Species of origin	Salmonid fish	Cabbage looper moth	Medaka fish
Classification	Tc1/mariner superfamily	PB superfamily	hAT superfamily
Transposable element	~1.6 kb long	~2.5 kb long	~4.7 kb long
Terminal regions	IR/DRs of ~ 230 bp	35–63 bp with outer TIRs and inner subterminal IRs	150–200 bp containing the TIRs and subterminal regions
Transposase	340 aa	594 aa	649 aa (most active isoform)
Footprint	CAG	None	Variable
Target site preference	TA	TTAA	Weak consensus sequence
			TNA(C/G)TTATAA(G/C)TNA
Target site duplication	TA	TTAA	8 bp
Activity in species	Various vertebrates	Vertebrates, insects, plants, yeast	Various vertebrates
Efficiency in human cells	Comparable to retroviral vectors	Comparable to retroviral vectors	Lower than PB and SB
Cargo capacity	>100 kb	>100 kb	>100 kb
Overproduction inhibition	Yes	To some extent	Lower than PB and SB
Integration profile	Close-to-random	Biased towards TSSs, CpG islands and DNaseI hypersensitivity sites	Biased towards TSSs, CpG islands and DNaseI hypersensitivity sites
Most common parental plasmid	pT2	pXL-BacII	pTol2, miniTol2
Most hyperactive transposase	hySB100X	hyPB	hTol2-M
Vectors for transposon delivery	Plasmid DNA, pFAR, MC,	Plasmid DNA, dbDNA,	Plasmid DNA
	non-integrative viral vectors, nanoparticles	non-integrative viral vectors, nanoparticles
Vectors for transposase delivery	Plasmid DNA, mRNA, SNIM RNA,	Plasmid DNA, mRNA,	Plasmid DNA, mRNA,
	recombinant protein (hsSB), non-integrative viral vectors,	non-integrative viral vectors,	recombinant protein (His-Tol2)
	nanoparticles	nanoparticles
Clinical trials	Yes	Yes	No

▏ 常見(jiàn)應用

1.轉座子誘變篩選：
      轉座子本質(zhì)上是一種致突變元件，這使得它們成為檢測功能喪失或功能獲得突變的誘變篩選的絕佳工具。在這些篩選中，轉座子編碼報告基因、誘變盒或條形碼。當轉座子被遞送到細胞或模型生物中時(shí)，它們會(huì )插入宿主的基因組中。然后，使用下一代測序檢測轉座子插入位點(diǎn)，并進(jìn)行分析以確定在實(shí)驗過(guò)程中哪些插入是陽(yáng)性或陰性選擇的。

2.轉基因動(dòng)物：
      轉基因動(dòng)物通常是通過(guò)將DNA直接注射到受精卵的原核中產(chǎn)生的，這會(huì )導致該序列隨機地整合到受精卵的基因組中，這個(gè)過(guò)程高度難以預測。然而，轉座子在注射到受精卵的細胞質(zhì)中后，能夠有效地整合到受精卵的基因組中，而當DNA直接注射時(shí)，這個(gè)過(guò)程效率很低。睡美人、 piggyBac和Tol2都已被用于生成轉基因動(dòng)物，包括斑馬魚(yú)、小鼠、大鼠和兔子。

3.穩定細胞株構建
      轉座子是慢病毒載體構建穩定細胞株的替代方案，例如用于iPSC 重編程以及基因和細胞治療，并且有可能克服病毒的一些局限性。TE 的有效載荷很大，使用Sleeping Beauty和piggyBac時(shí)可達100 kB，這比病毒載體有很大優(yōu)勢（AAV 的有效載荷約為 5 kB，慢病毒的有效載荷約為 8 kB）。轉座子也比病毒載體更不容易誘導免疫反應，并且也更容易和更便宜地生成。兩種傳遞方法都可能發(fā)生因整合而導致的基因破壞，但由于 TE 主要插入基因間區域，因此基因破壞不太令人擔憂(yōu)。

4.SgRNA引導的定點(diǎn)轉座
      可以借助于sgRNA來(lái)引導定點(diǎn)位置的轉座，有報道稱(chēng)，INTEGRATE系統（引導 RNA 輔助靶向插入轉座因子）可在細菌中實(shí)現高達10 kB大小的 DNA 的約 100% 整合。

▏ 穩定細胞株構建服務(wù)

      科佰生物提供“轉座子整合系統”穩定細胞株構建服務(wù)，利用該系統，我們已經(jīng)成功構建超過(guò)400株穩定細胞株的模型，有著(zhù)豐富的經(jīng)驗，歡迎溝通咨詢(xún)。

		質(zhì)粒轉染		病毒感染	Flp-FRT系統	轉座子系統	基因編輯
		脂質(zhì)體	電轉	慢病毒
適用細胞		部分細胞	幾乎所有細胞	幾乎所有細胞	內部4種細胞	幾乎所有細胞	部分細胞
轉染/感染效率		低	中	高	高	高	低
隨機整合		是	是	是	否	-	否
生物安全等級		BL1	BL1	BL2	BL1	BL1	BL1
基因裝載能力		-	-	<4-5k	-	-	-
陽(yáng)性率		低	高	高	高	高	低
周期	基因合成	2-3周	2-3周	2-3周	2-3周	2-3周	2-3周
	病毒包裝	-	-	1周	-	-	-
	混合克隆篩選	1-2周	1-2周	1-2周	1-2周	1-2周	1-2周
	單克隆篩選	>3 周	>3 周	>3 周	可選	可選	>3 周
	合計	> 8-10 周	> 8-10 周	>9-11周	5-7 周	5-7 周	> 8-10 周
工作負荷		高	中	中	低	低	高