CMV-Promotor

CMV-Promotor (auch CMV-MIE-Promotor, verkürzt von englisch human CMV major immediate-early promoter) bezeichnet einen Promotor von manchen Genen des humanen Zytomegalievirus (CMV, auch humanes Herpesvirus 5). Er ist einer der meistverwendeten Promotoren in Expressionsvektoren, neben dem CAG-Promotor und dem EF1α-Promotor.

Nukleinsäure
Name	CMV-Promotor
Andere Namen	human CMV major immediate-early promoter CMV-MIE-Promotor CMV-immediate/early-1-Promotor
Identifikatoren
GenBank	HI463067
Eigenschaften
Größe	587 Basenpaare
Struktur	Promotor
Restriktionsstellen	NdeI (-334), BmrI (-279), BtgZI (-234), BsaAI - SnaBI (-228), BtgI - StyI - NcoI (-208), MslI (-203), BanI (-103), EciI (-72)
Taxon	Zytomegalievirus

Eigenschaften

Der CMV-Promotor besitzt eine Länge von etwa 550 Basenpaaren DNA, von denen die letzten circa 67 Basenpaare vor dem Startcodon essentiell sind, während die ihnen vorangehende DNA-Sequenz die Genexpression stark erhöht. Er steuert in Zytomegalievirus-infizierten Zellen die Genexpression der Major Immediate/Early-Gene des Virus. Er erzeugt dabei im Vergleich zu Promotoren der Gene der Wirtszelle größere Mengen an Proteinen. Dadurch können ebenso dem CMV-Promotor gentechnisch nachgeschaltete Transgene verstärkt abgelesen werden, wodurch mehr mRNA und in Folge mehr rekombinante Proteine erzeugt werden. Er führt zu einer konstitutiven Genexpression von relativ großen Mengen an Proteinen (Überexpression) und wird daher vor allem für die Produktion verschiedener rekombinanter Proteine in Zellkulturen von Säugetier-Zelllinien oder -Primärzellen (inkl. Stammzellen) verwendet. Eine Überexpression unter Kontrolle des CMV-Promotors erfolgt auch in Zellen von Vögeln (Wachtel), Amphibien (Xenopus laevis), Insekten (Drosophila melanogaster) und manchen Hefen (Schizosaccharomyces pombe, nicht aber in Saccharomyces cerevisiae).

Zelltypabhängigkeit

Die Genexpression unter der Kontrolle des CMV-Promotors kann sich zwischen verschiedenen Zelllinien stark unterscheiden, im Gegensatz zum EF1A- oder CAGG-Promotor. In HEK 293T- und CMMT-Zellen führt er zu einer starken Genexpression, während er in MRC-5-Zellen und in mesenchymalen Stammzellen der Ratte eine schwache Expression erzeugt. In CHO-Zellen kann ein CHEF-1-Promotor höhere Ausbeuten an rekombinanten Antikörpern erzeugen, ebenso wie ein CKM-Promotor in Myozyten der Maus.

Störfaktoren

Bei gleichzeitiger Überexpression mit anderen Genen kann eine Hemmung oder eine Aktivierung des CMV-Promotors auftreten. Die Rezeptor-bindende Proteindomäne (RBD) des Spike-Glykoproteins von SARS-CoV-2 kann nicht unter der Kontrolle des CMV-Promotors exprimiert werden, aber unter der des Chicken-β-Actin-Promotors oder des Vaccinia-Virus-specific-medium/late-Promotors. In HeLa- und HEK-293T-Zellen wird der CMV-Promotor in Anwesenheit des Baculovirus-Promotors OpIE2 gehemmt. Bei manchen rekombinanten Proteinen werden Signalsequenzen verwendet, die sich auf die Stärke der Genexpression unter Kontrolle des CMV-Promotors auswirken.

Varianten

Verschiedene Mutanten des CMV-Promotors wurden entwickelt: zur Erhöhung der Proteinausbeute oder zur Verlängerung der Genexpressionsdauer.

Geschichte

Der CMV-Promotor wurde erstmals 1984 von D. R. Thomsen und Kollegen publiziert. Im Jahr 1986 wurde er erstmals von M. K. Foecking und H. Hofstetter in einem Expressionsvektor für Säugerzellen verwendet.

Einzelnachweise

1. S. Bäck, A. Dossat, I. Parkkinen, P. Koivula, M. Airavaara, C. T. Richie, Y. H. Chen, Y. Wang, B. K. Harvey: Neuronal Activation Stimulates Cytomegalovirus Promoter-Driven Transgene Expression. In: Molecular therapy. Methods & clinical development. Band 14, September 2019, S. 180–188, doi:10.1016/j.omtm.2019.06.006, PMID 31380464, PMC 6661544 (freier Volltext).
2. H. Isomura, T. Tsurumi, M. F. Stinski: Role of the proximal enhancer of the major immediate-early promoter in human cytomegalovirus replication. In: Journal of Virology. Band 78, Nummer 23, Dezember 2004, S. 12788–12799, doi:10.1128/JVI.78.23.12788-12799.2004, PMID 15542631, PMC 525030 (freier Volltext).
3. K. M. Barrow, F. M. Perez-Campo, C. M. Ward: Use of the cytomegalovirus promoter for transient and stable transgene expression in mouse embryonic stem cells. In: Methods in molecular biology. Band 329, 2006, S. 283–294, doi:10.1385/1-59745-037-5:283, PMID 16845998.
4. J. Y. Qin, L. Zhang, K. L. Clift, I. Hulur, A. P. Xiang, B. Z. Ren, B. T. Lahn: Systematic comparison of constitutive promoters and the doxycycline-inducible promoter. In: PLOS ONE. Band 5, Nummer 5, Mai 2010, S. e10611, doi:10.1371/journal.pone.0010611, PMID 20485554, PMC 2868906 (freier Volltext).
5. S. Ebadat, S. Ahmadi, M. Ahmadi, F. Nematpour, F. Barkhordari, R. Mahdian, F. Davami, F. Mahboudi: Evaluating the efficiency of CHEF and CMV promoter with IRES and Furin/2A linker sequences for monoclonal antibody expression in CHO cells. In: PLOS ONE. Band 12, Nummer 10, 2017, S. e0185967, doi:10.1371/journal.pone.0185967, PMID 29023479, PMC 5638317 (freier Volltext).
6. R. J. Bartlett, S. L. Secore, J. T. Singer, M. Bodo, K. Sharma, C. Ricordi: Long-term expression of a fluorescent reporter gene via direct injection of plasmid vector into mouse skeletal muscle: comparison of human creatine kinase and CMV promoter expression levels in vivo. In: Cell transplantation. Band 5, Nummer 3, 1996, S. 411–419, doi:10.1177/096368979600500308, PMID 8727010.
7. M. Rodova, R. Jayini, R. Singasani, E. Chipps, M. R. Islam: CMV promoter is repressed by p53 and activated by JNK pathway. In: Plasmid. Band 69, Nummer 3, Mai 2013, S. 223–230, doi:10.1016/j.plasmid.2013.01.004, PMID 23376463, PMC 3650106 (freier Volltext).
8. L. Xie, K. Yi, Y. Li: SARS_CoV2 RBD gene transcription cannot be driven by CMV promoter. In: Virology. Band 558, Juni 2021, S. 22–27, doi:10.1016/j.virol.2021.02.010, PMID 33711560, PMC 7934794 (freier Volltext).
9. A. Aladdin, N. Sahly, R. Faty, M. M. Youssef, T. Z. Salem: The baculovirus promoter OpIE2 sequence has inhibitory effect on the activity of the cytomegalovirus (CMV) promoter in HeLa and HEK-293 T cells. In: Gene. Band 781, Mai 2021, S. 145541, doi:10.1016/j.gene.2021.145541, PMID 33667607.
10. R. Román, J. Miret, F. Scalia, A. Casablancas, M. Lecina, J. J. Cairó: Enhancing heterologous protein expression and secretion in HEK293 cells by means of combination of CMV promoter and IFNα2 signal peptide. In: Journal of biotechnology. Band 239, Dezember 2016, S. 57–60, doi:10.1016/j.jbiotec.2016.10.005, PMID 27725209.
11. Y. B. Johari, J. M. Scarrott, T. H. Pohle, P. Liu, A. Mayer, A. J. Brown, D. C. James: Engineering of the CMV promoter for controlled expression of recombinant genes in HEK293 cells. In: Biotechnology journal. Band 17, Nummer 8, August 2022, S. e2200062, doi:10.1002/biot.202200062, PMID 35482470.
12. B. Moritz, P. B. Becker, U. Göpfert: CMV promoter mutants with a reduced propensity to productivity loss in CHO cells. In: Scientific Reports. Band 5, November 2015, S. 16952, doi:10.1038/srep16952, PMID 26581326, PMC 4652263 (freier Volltext).
13. Mariati, J. H. Yeo, E. Y. Koh, S. C. Ho, Y. Yang: Insertion of core CpG island element into human CMV promoter for enhancing recombinant protein expression stability in CHO cells. In: Biotechnology progress. Band 30, Nummer 3, 2014, S. 523–534, doi:10.1002/btpr.1919, PMID 24789630.
14. D. R. Thomsen, R. M. Stenberg, W. F. Goins, M. F. Stinski: Promoter-regulatory region of the major immediate early gene of human cytomegalovirus. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. Band 81, Nummer 3, Februar 1984, S. 659–663, doi:10.1073/pnas.81.3.659, PMID 6322160, PMC 344894 (freier Volltext).
15. M. K. Foecking, H. Hofstetter: Powerful and versatile enhancer-promoter unit for mammalian expression vectors. In: Gene. Band 45, Nummer 1, 1986, S. 101–105, doi:10.1016/0378-1119(86)90137-x, PMID 3023199.