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踵事增华 | Cumate诱导过表达技术，蛋白表达调控又添“新利器”【收藏】

2025-09-24

在诱导过表达技术领域，四环素调控系统（Tet-On/Tet-Off）、蜕皮激素类似物调控系统（EcR）已广泛应用，但科研需求的不断升级，催生了更具优势的新技术。Cumate 诱导过表达技术凭借低背景、高诱导效率、无细胞毒性等特点，近年在《Nucleic Acids Research》《Biotechnology and Bioengineering》等权威期刊文献中频繁亮相，成为细胞生物学、基因治疗、药物研发等领域的 “新宠儿”。

一、技术原理：Cumate 诱导系统的 “调控密码”
Cumate诱导过表达系统基于原核生物的代谢调控机制，核心是 “阻遏蛋-诱导剂-启动子” 的精准互作，整个过程无内源性干扰，调控逻辑清晰易懂。
1. 核心组件：三大要素协同作用
文献中明确该系统包含三个关键部分，缺一不可：
  • 阻遏蛋白（CymR）：由cymR 基因编码，天然状态下可特异性结合到靶启动子的操作序列（CuO）上，抑制下游目标基因的表达，就像给基因装上了 “刹车”。
  • 诱导剂（Cumate）：即对异丙基苯甲酸，是一种小分子化合物，性质稳定且无细胞毒性。它能与阻遏蛋白CymR特异性结合，使其构象发生改变，失去与CuO序列结合的能力，相当于松开 “刹车”。
  • 靶启动子（如PCuO-CMVmin）：由CuO操作序列和最小 CMV 启动子（CMVmin）组成。无Cumate时，CymR结合CuO序列，CMVmin无法启动转录；加入Cumate后，CymR脱离CuO序列，CMVmin被激活，驱动下游目标基因高效表达。
2. 调控过程：“开关” 切换仅需两步
  • 第一步：关闭状态：无Cumate存在时，阻遏蛋白CymR牢固结合在靶启动子的CuO序列上，RNA 聚合酶无法结合到 CMVmin 启动子上，目标基因处于 “沉默” 状态，背景表达极低（文献数据显示，背景表达量仅为组成型启动子的 1% 以下）。
  • 第二部：开启状态：当加入一定浓度的 Cumate后，Cumate快速与 CymR 结合，导致 CymR 构象改变并从 CuO 序列上解离。此时，CMVmin 启动子恢复活性，RNA 聚合酶顺利结合并启动转录，目标基因在数小时内即可实现高效表达，且表达水平随Cumate浓度升高呈剂量依赖性增加（在一定浓度范围内）。（如图1）

 图1 Cumate调控过程

二、文献案例：Cumate 系统的实战应用
Cumate 诱导系统凭借独特优势，已在多个研究领域落地应用，文献中的案例为我们提供了宝贵的实践参考。
1. 基因治疗研究：精准调控治疗基因表达
研究人员使用Cumate系统构建肾上皮细胞过表达 NHE3细胞系（如图2），结果表明，肾上皮细胞的基因组工程是为了增强植入式人工肾 （IAK）设备所需的体积运输而进行的，为未来基因组工程人肾细胞用于肾小管细胞治疗的研究奠定了基础。[1]
 

 图2 Cumate系统构建肾上皮细胞过表达 NHE3细胞系

2. 有毒基因功能研究：规避细胞毒性干扰
泛素-蛋白酶体系统被认为在由Cu/Zn-超氧化物歧化酶1（SOD1）突变引起的家族性肌萎缩侧索硬化症（FALS）的发病机制中起重要作用，但突变SOD1蛋白在细胞中如何被调控的机制仍然知之甚少。细胞凋亡蛋白抑制剂 （cIAP） 与 FALS 连接的突变体 SOD1 （mSOD1） 特异性相关，并且这种相互作用促进突变体 SOD1 的泛素依赖性蛋白酶体降解。研究人员通过利用cumate诱导型SOD1细胞，表明cIAPs的敲低或药理学耗竭导致H2O2在表达 mSOD1 的细胞中诱导细胞毒性，揭示了 cIAP 在 FALS 相关突变体 SOD1 调节中的新作用。[2]
三、案例分享
以下案例及数据均来自粒曼生物实验结果，如需进一步技术细节，可联系我们获取完整方案。
1. 构建Neuro-2a细胞中T基因的诱导过表达细胞系
构建T基因在Neuro-2a细胞中Cumate诱导过表达细胞系，接种Neuro-2a-Ti（诱导型）细胞，第2天添加Cumate诱导剂，终浓度为90 μg/ml ；诱导24h后收取细胞沉淀进行WB检测验证，结果证明T基因在Neuro-2a细胞中实现诱导型表达，细胞系构建成功（如图3）。

 图3

2. 构建293、A549细胞中Cas9的诱导表达细胞系
构建Cas9在293、A549细胞中Cumate诱导表达细胞系，接种293-Cas9i（诱导型），A549-Cas9i（诱导型），第2天添加cumate诱导剂，终浓度为90 μg/ml ；诱导24h后收取细胞沉淀进行敲除验证，293-Cas9i（诱导型）敲除效率达到99%，A549-Cas9i（诱导型）敲除效率达到100%，结果表明Cas9在293、A549细胞中实现诱导型表达，细胞系构建成功（如图4）。

 图4

四、技术优势：对比其他系统，Cumate 的独特价值
将Cumate 系统与常用的 Tet-On、EcR 系统对比，从文献数据中可清晰看出其优势：
               对比维度                  
Cumate 系统    
Tet-On 系统
EcR 系统
背景表达
极低（<1%）
较低（5%-10%）
极低（<1%）
诱导效率
高（24 小时达峰值）
较高（24 小时达峰值）
中（36 小时达峰值）
诱导剂毒性
无（高浓度仅轻微影响形态）
低（高浓度 Dox 致细胞凋亡）
低（GS-E2 无明显毒性）
物种适用性
广泛（哺乳动物、昆虫、植物细胞）   
    较广（主要用于哺乳动物细胞）
    较窄（哺乳动物细胞为主）
成本
中（cumate 价格适中）
低（Dox 价格便宜）
高（GS-E2 价格昂贵）
由此可见，Cumate 系统在背景表达、诱导剂毒性、物种适用性上综合优势突出，尤其适合对实验条件要求严苛的研究场景。
五、总结与展望
Cumate 诱导过表达技术以其低背景、高可控性、无毒性的特点，为科研人员提供了更精准的基因调控工具。从文献中的基因治疗研究到有毒基因功能解析，该技术已展现出强大的应用潜力。未来，随着与 CRISPR 技术的结合（如构建 Cumate 诱导的 CRISPRa 系统），Cumate 系统有望在基因编辑、细胞命运调控等领域发挥更大作用。
 
参考文献
[1] doi：10.1007/s12195-019-00601-3
[2] doi：10.1016/j.bbrc.2016.10.065

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