세포 형질 도입 개론
- 트랜스펙션이란 무엇이며 세포를 트랜스펙션하는 방법
- 전사의 유형
- 인산칼슘 트랜스펙션
- 리포좀 매개 전사
- 전기천공법
- 바이러스 전사 (바이러스 전도)
- 형질 도입 시약 선택 및 형질 도입 프로토콜
전달이란 무엇이며 세포를 전달하는 방법
형질 도입은 DNA, RNA 또는 단백질을 진핵 세포에 도입하는 과정으로, 유전자 발현 연구 및 조절에 활용됩니다. 따라서 형질 도입 기술은 유전자 기능, 단백질 합성, 세포 성장 및 발달 특성화에 기여하는 분석 도구 역할을 합니다. 형질 도입 분석법은 세포 연구의 진전을 가능하게 할 뿐만 아니라 신약 개발 전략을 강화합니다. 바이러스 형질 도입 또는 바이러스 전달과 같은 유사한 전략은 렌티바이러스 입자를 이용해 외래 물질을 진핵세포에 삽입합니다. 반면 박테리아 형질 전환은 박테리아가 외래 유전 물질을 흡수하는 수평적 유전자 전달 과정입니다.
전사체 도입의 유형
물리적, 화학적, 생물학적 기법을 포함한 다양한 형질 도입 방법이 존재합니다. 이러한 기법들은 일반적으로 핵산을 세포에 도입하기 위해 일시적 또는 안정적 형질 도입 방법을 사용합니다.
일시적 형질 도입 기술은 DNA를 세포에 도입하지만, 이 방법에서는 DNA가 세포 염색체와 통합되지 않습니다. 이 기술은 높은 형질 도입 효율을 가능하게 하며, 1~4일 후 유전자 전사체를 분석할 수 있습니다. 포유류 세포 배양에서 대규모 일시적 유전자 발현(TGE)을 위해 폴리에틸렌이미드(PEI) 및 인산칼슘(CaPi)과 같은 형질 도입 매체를 사용할 수 있습니다. 또한 혈청이 없는 환경에서 중국산 햄스터 난소(CHO) 세포를 이용한 대규모 TGE 방법도 개발되었습니다.
안정적 형질 도입 기술은 도입된 DNA가 세포 염색체에 통합되거나 에피솜을 형성하는 것을 포함한다. 안정적으로 형질 도입된 세포는 디하이드로폴레이트 환원효소(DHFR), 히그로마이신 B 포스포트랜스퍼라제(HPH), 아데노신 데아미나제(ADA) 등 여러 선택적 표지자를 사용하여 식별할 수 있다.
일반적으로 사용되는 형질 도입 기술로는 인산칼슘 침전법, 리포펙션, 전기천공법, 바이러스 전달법 등이 있습니다. 또한 이러한 방법들은 공동형질 도입에도 활용될 수 있습니다. 이 기술들은 동일한 세포에 두 가지 서로 다른 핵산을 동시에 전달하는 방식으로, 안정적인 형질 도입을 달성하기 위해 자주 사용됩니다. 형질 도입 방법은 고속 미립자를 이용해 핵산을 세포 내로 전달하는 생물탄환 전달 시스템이나 siRNA 분자의 전신 전달을 용이하게 하는 생체 내 형질 도입 프로토콜 등 여러 새로운 방법을 포함하도록 발전해 왔습니다.
인산칼슘 전사법
인산칼슘 전사 기술은 DNA와 인산칼슘의 침전을 포함합니다. 이 침전은 인산나트륨을 함유한 HEPES 완충 식염수 용액과 염화칼슘 용액, DNA2를 혼합함으로써 촉진됩니다. 특정 세포에서 DNA 흡수를 향상시키기 위해 글리세롤 쇼크가 종종 사용됩니다.
이 기술은 비용 효율적이며 다양한 세포에서 일시적 또는 안정적 형질 도입에 사용될 수 있지만, 상대적으로 작은 pH 변화(±0.1)도 형질 도입 효율에 영향을 미칠 수 있습니다. 또한, 분석 결과를 재현하기 위해서는 시약의 일관성을 유지하는 것이 필수적입니다. 그러나 이 형질 도입 방법은 RPMI 또는 인산염 농도가 높은 다른 배지에서는 작동하지 않습니다.
리포좀 매개 전사
리포좀 매개 형질 도입(리포펙션) 기술은 양이온성 지질 또는 비지질 중합체를 사용하여 리포좀을 형성하는 것을 포함합니다. 리포펙션 형질 도입 시약의 예로는 DOTMA(N-[1-(2,3-디오일옥시)프로필]-N,N,N-트리메틸암모늄 클로라이드) 및 X-tremeGENE™ 형질 도입 시약이 있으며, 다양한 DNA, 소형 RNA 및 CRISPR/Cas9 구성 요소를 다양한 세포주에 도입하는 데 적합합니다. 지질 형질 도입은 비용 효율적이고 대량 처리 시스템에도 적용될 수 있지만, 이러한 형질 도입은 일반적으로 세포 유형에 따라 특이적입니다.
전기 천공법
이 기술은 세포막을 고강도 전기 펄스에 노출시켜 세포의 특정 영역에서 일시적인 불안정화를 유발합니다. 이러한 일시적인 불안정화 과정에서 세포막은 투과성이 매우 높아져 DNA를 비롯한 다양한 외인성 분자의 유입을 허용합니다4.
전기 천공법은 다양한 세포 유형에서 높은 형질 전환 효율을 얻을 수 있는 쉽고 비화학적 기술입니다. 이 기술은 표적 세포의 형태와 기능을 변경하지는 않지만, 최적의 조건에서 형질 도입이 수행되지 않으면 세포 사멸을 유발할 수 있습니다.
바이러스 전염법 (바이러스 전달법)
이 방법은 바이러스 벡터를 이용해 핵산을 세포 내로 전달하는 것을 포함합니다. 렌티바이러스, 아데노바이러스 및 온코레트로바이러스 벡터와 같은 바이러스 전달 시스템을 사용하면 형질 도입이 어려운 세포에서도 핵산을 전달할 수 있습니다.
바이러스 전달 방법은 매우 효율적이지만 상당히 번거로울 수 있습니다. 또한 대부분의 바이러스는 격리 및 생물안전 등급에 대한 세심한 모니터링이 필요합니다. 바이러스 형질 도입을 수행하기 전에 바이러스 벡터의 용해성 특성, 세포주 패키징 및 숙주 세포 특이성과 같은 여러 제한 요인을 고려하는 것도 중요합니다.
형질 도입 시약 및 프로토콜 선택
형질 도입 프로토콜의 진화와 형질 도입 분석의 용이성 증가에 따라 최적의 형질 도입 효율을 달성하기 위해 적절한 형질 도입 시약을 선택하는 것이 필수적입니다.
적합한 형질 도입 시약을 고려할 때는 분석을 위한 세포 유형과 배양 조건을 파악하는 것이 중요합니다. 희귀 세포 배양, 신경 세포 및 1차 세포는 일반적으로 형질 도입이 더 어려우므로, 형질 도입이 어려운 세포에서도 형질 도입을 용이하게 할 수 있는 시약이 필요합니다.
또한 적절한 형질 도입 시약을 선택하기 전에 시약 농도와 세포 독성 매개변수도 고려해야 합니다. 이상적인 시약은 요구되는 세포 유형에 대해 낮은 세포 독성과 높은 형질 도입 효율을 가져야 합니다.
일반화된 프로토콜
인산칼슘 전사와 리포펙션 기법에 대한 일반화된 프로토콜은 비교를 위해 아래에 제시됩니다. 자세한 절차는 제품별 프로토콜을 참조하십시오.
