别慌!mRNA体外转录失败?这篇拯救你的实验


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一起聊聊体外转录遇到的那些事儿


提到mRNA技术,你可能会想到近年来大放异彩的疫苗。没错,这项技术的核心之一就是mRNA的体外转录。简单来说,它就像一台“基因打印机”,我们在试管里模拟细胞内的转录过程,将一段设计好的DNA模板“打印”成我们想要的mRNA分子。

然而,理想很丰满,现实常骨感。无论是科研老手还是实验小白,在体外转录的路上难免会遇到一些常见问题:产量低、条带不对、产物没活性……别担心,今天我们就来盘点一下那些常见的坑,以及如何优雅地从坑里爬出来。


问题一:产量为啥这么低?——转录效率上不去

“症状”:

最终回收的mRNA量远低于预期,实验成本飙升,进度停滞。




可能原因与解决方案





1.DNA模板质量不过关

原因:

模板不纯(如残留盐分、苯酚、蛋白质),或者模板线性化不完全(环状质粒会产生超长RNA,消耗原料)。

解决办法:

纯化:对酶切后的DNA模板进行胶回收或柱纯化,确保“工作台”干净。

彻底线性化:使用足量的限制性内切酶,并延长消化时间。酶切后跑胶验证,确保条带单一。



2.关键原料“失活”或比例不当

原因:

NTPs(原料)浓度过低或部分降解;Mg2+浓度不匹配。

解决办法:

使用新鲜NTPs:确保NTPs溶液未反复冻融,pH值正确。

优化Mg2+浓度:可以进行一个小型的Mg2+浓度梯度实验(例如6-10mM),找到最优条件。



3.RNA酶污染!—— 头号杀手

原因:

 实验操作或试剂中被引入了RNA酶,它会在转录的同时疯狂降解产物。

解决办法:

无菌操作:使用RNase-free的枪头、离心管和水。

手套常换:手上全是RNA酶,操作时必须戴手套。

环境清洁:用RNase清除剂擦拭台面和仪器。


问题二:条带为啥不对?——产物长度不正确或有杂带

“症状”:

跑胶验证时,目的条带位置不对,或者旁边多了许多“小尾巴”、“拖尾”现象。




可能原因与解决方案





1.“通读”现象

原因

这是最常见的原因之一。DNA模板线性化不完全,RNA聚合酶跑过酶切位点后继续转录,产生比预期长的RNA。

解决办法:

确保DNA模板彻底线性化:使用足量的限制性内切酶,并延长消化时间。酶切后跑胶验证,确保条带单一。



2.“非模板依赖性的加尾”

原因

T7、SP6等RNA聚合酶在转录结束时,有时会在3'端随机地多加几个核苷酸。

解决办法:

优化反应条件,或在模板设计时,在酶切位点前引入一个能形成发卡结构的序列,这能有效地告诉聚合酶“到此为止”,提高转录终止的精确性。



3.RNA降解

原因

产物被RNA酶降解,导致条带模糊、拖尾或消失。

解决办法:

严格遵守无菌操作。转录完成后可立即加入EDTA终止反应,并尽快进行纯化。


问题三:我的mRNA为啥“没效果”?—— 翻译效率低下

“症状”:

mRNA转染进细胞后,蛋白表达量很低,仿佛“石沉大海”。




可能原因与解决方案





1.“帽子”没戴好:

原因

5'端帽子结构是核糖体识别mRNA并启动翻译的“钥匙”。帽子结构不完整或效率低,会导致mRNA无法被有效翻译。

解决办法:

共转录加帽: 在转录反应中,使用类似m7G(5')ppp(5')G的“帽子类似物”代替一部分GTP,让聚合酶在合成时直接把帽子戴上。这是目前最主流和高效的方法。酶法加帽: 转录完成后,使用加帽酶和2'-O-甲基转移酶进行加帽和加尾,能获得更接近天然的真实帽子结构,但步骤更繁琐。



2.“尾巴”不够长或不均一:

原因

3'端的Poly(A)尾能稳定mRNA,并增强翻译效率。尾巴太短或不均一会大大影响mRNA的半衰期。

解决办法:

模板自带Poly(T):在DNA模板的编码区后直接设计一段约70-120个的dT序列,这样转录出来的mRNA天然就带有了Poly(A)尾。这是最推荐的方法。

酶法加尾:转录完成后,使用Poly(A)聚合酶来添加Poly(A)尾,但长度控制不如模板法精确。



3.隐藏的“杀手”:双链RNA

原因

在体外转录过程中,会不可避免地产生少量双链RNA。它是强大的免疫激活剂,一旦被细胞识别,会触发抗病毒反应,导致翻译关闭并降解mRNA。

解决办法:

高效纯化:使用HPLC或FPLC进行纯化,可以高效地分离单链mRNA和双链RNA杂质,这是获得高活性mRNA产品的关键步骤。

总结:一份高质量的mRNA诞生记

要获得一份完美、高活性的mRNA,请记住以下核心 checklist



优质的模板

模板需高纯度、完全线性化


新鲜的原料

未降解的NTPs,优化好的缓冲体系


洁净的环境

严防死守RNA酶污染


完整的“装扮”

高效的共转录加帽,模板自带的Poly(A)尾


深度的“美容”

HPLC/FPLC等高级纯化,去除有害杂质


NICE

··



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