外源基因插入位點分析 (Transgene Integration Site Analysis, TISA),是用來精準定位外源基因 (transgene)在宿主host基因體組中插入位置的一種分析技術。這項分析在基因治療、基因轉殖動植物 (transgenic animal/plant)、細胞治療以及細胞株建立研究中都非常重要。
✨ 基因治療:
確認整合的位置與數量是否安全、監測是否有可能導致異常細胞增殖。
✨ 基因轉殖動植物:
確認外源基因插入位置是否符合研究需求、判斷是否影響原有基因功能。
✨ 細胞治療:
分析病毒載體整合的位置、作為製程品質控制與安全性評估的一部分。
✨ 細胞株建立:
確認表達細胞株中的外源基因整合位點、驗證不同細胞株之間一致性。
當利用病毒載體或其他方法將外源基因導入細胞時,外源基因通常會插入宿主 DNA的特定位置。不同的插入位置可能造成不同的影響,比如:
1. 外源基因是否成功整合:確認基因已真正整合到染色體,而不是暫時存在。
2. 確認插入位置:判斷外源基因位於哪一條染色體,找出精確的基因組座標 (genomic coordinates)。
3. 評估安全性:如果插入到重要基因附近,可能影響正常基因功能。若插入癌基因 (oncogene)附近,可能增加癌化風險 (稱為 insertional mutagenesis,插入突變)。
4. 分析插入數量 (Copy Number):判斷插入了一個還是多個外源基因。
目前常見用於細胞外源基因插入位點的實驗方法包括:
📌 LAM-PCR (Linear Amplification-Mediated PCR):
傳統且經典的方法,用於擴增外源基因與宿主DNA的交界處,再進行定序。
📌 Whole Genome Sequencing (全基因組定序):
1. NGS (Next-Generation Sequencing,次世代定序):
最常用的方法,可大量、高解析度地分析插入位點。缺點是定序讀長太短,無法提供精確的定位,尤其是在長段重複序列區域無法定位。
2. 第三代定序 (Long Reads Sequencing):
適合全面分析所有插入位置。尤其是 Oxford Nanopore Technologies近年已成為 Transgene Integration Site Analysis (TISA) 的主流重要工具。ONT相較於傳統 NGS短讀長定序,ONT最大的優勢是長讀長 (long reads),能夠一次跨越外源基因與宿主基因組的交界 (junction);另外,ONT可針對外源基因與宿主DNA的接合區域去定序,以提高定序、實驗分析效率,因此可更容易解析複雜的插入實驗。
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