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        盤(pán)羊雜交羊SPLUNC1融合蛋白的真核表達(dá)

        2017-10-10 18:58:52高寶德張曉麗劉海燕
        江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2017年14期

        高寶德 張曉麗 劉海燕

        摘要:為構(gòu)建盤(pán)羊雜交羊SPLUNC1基因的真核表達(dá)載體并在巴斯德畢赤酵母中表達(dá),從盤(pán)羊雜交羊口腔上顎的上皮細(xì)胞中提取總RNA,并反轉(zhuǎn)錄成cDNA,以該cDNA為模板采用逆轉(zhuǎn)錄PCR(RT-PCR)法克隆盤(pán)羊雜交羊SPLUNC1基因開(kāi)放閱讀框,并克隆到pPIC9K載體中,構(gòu)建真核表達(dá)載體pPIC9K-SPLUNC1,再將重組質(zhì)粒電轉(zhuǎn)至畢赤酵母GS115中進(jìn)行表達(dá),表達(dá)產(chǎn)物經(jīng)Ni-NTA瓊脂親和層析純化,并利用聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)和蛋白質(zhì)印跡(Western Blot)方法檢測(cè)。結(jié)果顯示,目的基因大小758 bp,重組表達(dá)質(zhì)粒pPIC9K-SPLUNC1經(jīng)雙酶切、PCR及測(cè)序鑒定構(gòu)建成功;表達(dá)產(chǎn)物經(jīng)SDS-PAGE分析,可見(jiàn)大小為25.96 ku的目的條帶,且在72 h表達(dá)量最大;純化后經(jīng)SDS-PAGE和Western Blot分析,可見(jiàn)大小為25.96 ku的目的條帶。研究結(jié)果表明,利用真核表達(dá)系統(tǒng)在體外成功表達(dá)并純化了盤(pán)羊雜交羊rSPLUNC1蛋白,為深入研究盤(pán)羊雜交羊SPLUNC1蛋白的生物學(xué)功能奠定基礎(chǔ)。

        關(guān)鍵詞:盤(pán)羊雜交羊;短顎、肺及鼻咽上皮細(xì)胞克隆1;融合蛋白;真核表達(dá)

        中圖分類(lèi)號(hào): Q786文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A

        文章編號(hào):1002-1302(2017)14-0130-04

        氣道上皮細(xì)胞構(gòu)成宿主防御的第一道防線(xiàn),上皮細(xì)胞分泌物有助于防止病原體侵害,協(xié)調(diào)免疫反應(yīng),并限制肺損傷。呼吸道分泌物含有大量蛋白質(zhì),這些蛋白很多是由上皮細(xì)胞分泌的,并在黏膜纖毛的清除、抗菌防御和免疫調(diào)節(jié)中有很重要的作用。其中短顎、肺及鼻咽上皮細(xì)胞克隆1(short palate,lung and nasal epithelium clone 1,簡(jiǎn)稱(chēng)SPLUNC1)基因就高效表達(dá)于口腔、鼻腔、鼻咽部及呼吸道黏膜[1]。

        很多研究表明SPLUNC1是呼吸道黏膜分泌的具有抗菌活性的重要蛋白,體外的研究表明,重組人SPLUNC1被證實(shí)具有殺滅流感嗜血桿菌的抗菌活性[2]。Zhou等研究證明,使用不同濃度重組人SPLUNC1蛋白,可以減少銅綠假單胞菌的生長(zhǎng)且具有劑量依賴(lài)性[3]。許多研究證實(shí)SPLUNC1在體內(nèi)也具有較強(qiáng)的抗菌活性。Di研究證實(shí),在被銅綠假單胞菌和肺炎克雷伯菌感染時(shí),過(guò)表達(dá)人SPLUNC1的轉(zhuǎn)基因小鼠比野生型小鼠抗菌活性明顯增強(qiáng)[4]。此外,過(guò)表達(dá)人SPLUNC1的轉(zhuǎn)基因小鼠與同窩出生的野生型小鼠相比對(duì)肺炎支原體(mycoplasma pneumonia,簡(jiǎn)稱(chēng)Mp)感染的抵抗力顯著增強(qiáng)[5]。據(jù)報(bào)道,重組小鼠SPLUNC1蛋白可顯著抑制Mp的生長(zhǎng)且具有劑量依賴(lài)性[6]。研究還表明,SPLUNC1具有結(jié)合革蘭氏陰性菌脂多糖的能力[7-8]。相關(guān)研究顯示,用逆轉(zhuǎn)錄PCR(RT-PCR)法檢測(cè)鼻咽癌活檢組織的SPLUNC1 mRNA表達(dá)水平,發(fā)現(xiàn)其比正常組織的表達(dá)量明顯下降,推測(cè)SPLUNC1可能是鼻咽癌的抑癌基因[9]。但目前對(duì)SPLUNC1功能的研究主要集中在人和鼠,還未見(jiàn)羊的有關(guān)該基因功能的相關(guān)報(bào)道。因此,本試驗(yàn)通過(guò)構(gòu)建盤(pán)羊雜交羊SPLUNC1基因真核表達(dá)載體,利用巴斯德畢赤酵母對(duì)SPLUNC1基因進(jìn)行表達(dá),使用Western Blot對(duì)目的蛋白檢測(cè),為研究盤(pán)羊雜交羊SPLUNC1蛋白的生物學(xué)功能奠定基礎(chǔ)。

        1材料和方法

        1.1材料

        1.1.1試劑

        大腸桿菌DH5α由筆者所在實(shí)驗(yàn)室保存;T4 DNA連接酶(天根生化科技有限公司);反轉(zhuǎn)錄試劑盒、SnaBⅠ、NotⅠ、SacⅠ和Taq聚合酶,均購(gòu)自TaKaRa公司;酵母氮堿(YNB)、G418、生物素,均購(gòu)自索萊寶科技有限公司;蛋白Marker(Thermo);酵母基因組DNA快速提取試劑盒、質(zhì)粒小量提取制備試劑盒、瓊脂糖凝膠DNA回收試劑盒、DNA Marker DL2501和DNA Marker DL2503,購(gòu)自上海捷瑞生物工程有限公司;Ni-NTA瓊脂(QIAGEN公司);封閉液、一抗(Anti-His Antibody),購(gòu)自天根生化科技(北京)有限公司;二抗辣根酶標(biāo)記山羊抗小鼠IgG(北京諾博萊德科技有限公司);蛋白預(yù)染Marker(北京全式金生物技術(shù)有限公司);GS115菌株及pPIC9K由新疆農(nóng)墾科學(xué)院獸醫(yī)研究所薄新文研究員饋贈(zèng)。

        1.1.2試驗(yàn)動(dòng)物

        盤(pán)羊雜交羊F1 5只,由石河子綠洲動(dòng)物園提供。

        1.2方法

        1.2.1引物設(shè)計(jì)

        根據(jù)筆者所在實(shí)驗(yàn)室已克隆的盤(pán)羊雜交羊SPLUNC1基因cDNA全長(zhǎng)序列,使用Primer5軟件設(shè)計(jì)1對(duì)特異性引物,并引入6×His標(biāo)簽以及SnaBⅠ、NotⅠ酶切位點(diǎn)。上游引物SPL1:5′-TACGTAATGCACCACCACCACCACCACCTGCTAGAAGCCCTGCCCG-3′,下游引物SPL2:5′-GCGGCCGCTCAGACTTTGATGACAAATTCTAGCCC-3′。引物由北京六合華大基因科技股份有限公司合成。

        1.2.2總RNA的提取及目的片段的擴(kuò)增

        用高壓滅菌的藥匙刮取盤(pán)羊雜交羊口腔上顎上皮細(xì)胞,置于1.5 mL離心管中,迅速加入1 mL TRIzol提取總RNA。用微量紫外檢測(cè)儀對(duì)RNA進(jìn)行濃度測(cè)定,用2%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)RNA質(zhì)量。選用電泳條帶完整清晰且D260 nm/D280 nm值為1.9~2.0的RNA進(jìn)行cDNA的合成。

        用反轉(zhuǎn)錄試劑盒,以提取的總RNA為模板進(jìn)行cDNA合成,以該cDNA為模板,用引物SPL1和SPL2進(jìn)行PCR擴(kuò)增,反應(yīng)條件:94 ℃ 5 min;94 ℃ 45 s,65 ℃ 35 s,72 ℃ 60 s,34個(gè)循環(huán);72 ℃ 10 min,4 ℃保存。PCR產(chǎn)物經(jīng)1%瓊脂糖凝膠電泳,目的片段膠回收后,-20 ℃保存?zhèn)溆谩?

        1.2.3重組表達(dá)質(zhì)粒pPIC9K-SPLUNC1的獲得

        用SnaBⅠ和NotⅠ分別對(duì)盤(pán)羊雜交羊SPLUNC1基因擴(kuò)增產(chǎn)物及pPIC9K載體進(jìn)行雙酶切,用T4 DNA連接酶連接。用10 μL連接產(chǎn)物轉(zhuǎn)化100 μL感受態(tài)細(xì)胞DH5α,16 ℃過(guò)夜。轉(zhuǎn)化后涂布于含有100 mg/L氨芐青霉素的LB瓊脂板,37 ℃過(guò)夜。挑取5個(gè)單菌落,接種于10 mL含有100 mg/L氨芐青霉素的LB液體培養(yǎng)基中,37 ℃、170 r/min振蕩過(guò)夜。取1 mL菌液,提取質(zhì)粒,進(jìn)行PCR鑒定和雙酶切鑒定,同時(shí)將1mL菌液送北京六合華大基因科技股份有限公司測(cè)序。測(cè)序正確的重組質(zhì)粒命名為pPIC9K-SPLUNC1。

        1.2.4重組表達(dá)質(zhì)粒pPIC9K-SPLUNC1的轉(zhuǎn)化與重組菌株鑒定

        取80 μL感受態(tài)酵母菌GS115與20 μL SacⅠ線(xiàn)性化的重組表達(dá)質(zhì)粒pPIC9K-SPLUNC1混合,電擊轉(zhuǎn)化后涂布于MD平板,28 ℃孵育約3 d,直至出現(xiàn)單菌落。

        挑取5個(gè)單菌落,用酵母基因組快速提取試劑盒提取酵母基因組DNA,以其為模板,分別用特異性表達(dá)引物和載體上的通用引物(α-Factor:5′-TACTATTGCCAGCATTGCTGC-3′和3′AOX1:5′-GCAAATGGCATTCTGACATCC-3′)作基因型和表型鑒定。基因型鑒定的PCR反應(yīng)條件同目的片段的擴(kuò)增。表型鑒定的反應(yīng)條件:94 ℃ 5 min;94 ℃ 45 s,54 ℃ 30 s,72 ℃ 60 s,34個(gè)循環(huán);72 ℃ 10 min,4 ℃保存。PCR產(chǎn)物通過(guò)1%瓊脂糖凝膠電泳分析。將表現(xiàn)型、基因型均鑒定正確的重組畢赤酵母依次接種至G418含量分別為0.25、050、1.00、2.00 mg/mL的YPD平板進(jìn)行抗性篩選高拷貝,陽(yáng)性菌株命名為GS115/pPIC9K-SPLUNC1。

        1.2.5重組GS115/pPIC9K-SPLUNC1的誘導(dǎo)表達(dá)與產(chǎn)物的鑒定

        將鑒定正確的重組GS115/pPIC9K-SPLUNC1接種于25 mL YPD液體培養(yǎng)基中,28 ℃恒溫培養(yǎng)至D600 nm約為4,8 000 r/min離心3 min,收集菌體。將菌體轉(zhuǎn)接于100 mL BMMY培養(yǎng)基中繼續(xù)培養(yǎng)。每24 h加入終濃度為0.5%的甲醇誘導(dǎo)表達(dá),同時(shí)分別于0、24、48、72 h取1 mL菌液樣品,離心收集上清和菌體,并將上清和菌體分別進(jìn)行聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)鑒定。

        1.2.6表達(dá)產(chǎn)物的純化及Western Blot鑒定

        將SDS-PAGE結(jié)果含目的條帶的表達(dá)產(chǎn)物用0.45 μm的濾膜過(guò)濾,濾液經(jīng)Ni-NTA瓊脂親和層析柱,用10~15倍體積的結(jié)合緩沖液(pH值為8.0的50 mmol/L磷酸鹽緩沖液,含 0.5 mol/L NaCl,20 mmol/L咪唑)進(jìn)行漂洗,直到吸光度達(dá)到穩(wěn)定值,分管收集流出液體;用洗脫緩沖液(pH值為8.0的50 mmol/L磷酸鹽緩沖液含0.5 mol/L NaCl,300 mmol/L咪唑)進(jìn)行洗脫,分別收集流出液體并且經(jīng)SDS-PAGE分析。

        純化的蛋白經(jīng)SDS-PAGE電泳后,將蛋白電轉(zhuǎn)到聚偏氟乙烯(PVDF)膜上,然后將膜置于封閉液中封閉1 h;一抗Anti-His標(biāo)簽的鼠單克隆抗體(按1 ∶[KG-*3]2 000稀釋?zhuān)? ℃孵育過(guò)夜,過(guò)夜后用三羥甲基氨基甲烷鹽酸緩沖液(TBS)+吐溫(T)(TBST)洗3次(10 min/次),二抗辣根酶標(biāo)記山羊抗小鼠IgG(按1 ∶[KG-*3]5 000稀釋?zhuān)┦覝胤跤?0 min,然后用TBST洗3次(10 min/次),最后用二氨基聯(lián)苯胺(DAB)顯色液進(jìn)行顯色。

        2結(jié)果與分析

        2.1目的片段的擴(kuò)增

        以反轉(zhuǎn)錄獲得的cDNA為模板,用特異性表達(dá)引物進(jìn)行PCR擴(kuò)增,PCR產(chǎn)物經(jīng)1%瓊脂糖凝膠電泳后,出現(xiàn)大小為758 bp的條帶,與預(yù)期片段大小相符合(圖1)。

        2.2重組表達(dá)質(zhì)粒pPIC9K-SPLUNC1的鑒定

        用特異性表達(dá)引物對(duì)重組表達(dá)質(zhì)粒pPIC9K-SPLUNC1進(jìn)行PCR,鑒定出現(xiàn)大小為758 bp的1條帶,與試驗(yàn)設(shè)計(jì)相符(圖2)。經(jīng)SnaBⅠ和NotⅠ雙酶切出現(xiàn)2條帶,1條大小約為10 kb,與載體片段大小相同;另1條大小為758 bp,與外源目的片段大小相同(圖3)。重組表達(dá)質(zhì)粒pPIC9K-SPLUNC1的鑒定顯示,目的基因已克隆到pPIC9K載體中。

        2.3重組菌株GS115/pPIC9K-SPLUNC1的PCR鑒定

        以提取的重組酵母菌的基因組為模板,用特異性表達(dá)引物進(jìn)行PCR,出現(xiàn)大小為758 bp的1條帶(圖4)。用載體上的通用引物進(jìn)行PCR擴(kuò)增,出現(xiàn)2條帶(圖5)。重組表達(dá)系統(tǒng)的PCR鑒定結(jié)果表明,重組表達(dá)酵母菌株GS115/pPIC9K-SPLUNC1轉(zhuǎn)化成功。

        2.4SPLUNC1融合蛋白的鑒定

        重組菌株GS115/pPIC9K-SPLUNC1經(jīng)甲醇誘導(dǎo)表達(dá)后,培養(yǎng)上清經(jīng)SDS-PAGE檢測(cè),在25.96 ku出現(xiàn)1條目的條帶,與預(yù)測(cè)的目的蛋白大小相符,而在空載體表達(dá)產(chǎn)物和 0 h 未見(jiàn)有相同條帶(圖6),這表明重組SPLUNC1蛋白已表達(dá)成功。菌體經(jīng)SDS-PAGE分析無(wú)預(yù)測(cè)的目的蛋白條帶。

        2.5SPLUNC1融合蛋白的純化與鑒定

        表達(dá)的蛋白經(jīng)Ni-NTA瓊脂親和層析純化后,SDS-PAGE結(jié)果得到單一的大小為25.96 ku的融合蛋白目的條帶(圖7),純化后的融合蛋白經(jīng)Western Blot分析,結(jié)果在 25.96 ku 處出現(xiàn)1條明顯的蛋白條帶(圖8),由此說(shuō)明已在酵母中成功表達(dá)SPLUNC1融合蛋白并純化成功。

        3討論

        本試驗(yàn)以盤(pán)羊雜交羊?yàn)檠芯繉?duì)象,通過(guò)RT-PCR法擴(kuò)增其SPLUNC1開(kāi)放閱讀框,克隆到pPIC9K載體上,并電轉(zhuǎn)至GS115中用甲醇誘導(dǎo)表達(dá),使用Ni-NTA瓊脂親和層析純化,SDS-PAGE檢測(cè)結(jié)果顯示成功獲得重組表達(dá)菌株GS115/pPIC9K-SPLUNC1和SPLUNC1融合蛋白。

        近年來(lái),通過(guò)將目的基因克隆到表達(dá)載體中,并將重組質(zhì)粒導(dǎo)入真核表達(dá)系統(tǒng)中使其高效表達(dá),是研究該基因功能及獲得重組蛋白的有效方法[10]。本試驗(yàn)采用巴斯德畢赤酵母作為真核表達(dá)菌株。巴斯德畢赤酵母表達(dá)系統(tǒng)是外源蛋白表達(dá)過(guò)程中被廣泛使用的真核表達(dá)系統(tǒng),也是目前外源蛋白表達(dá)系統(tǒng)中最方便、最有效的表達(dá)系統(tǒng)之一[11]。外源蛋白在巴斯德畢赤酵母中高效表達(dá),有利于表達(dá)后蛋白純化、降低生產(chǎn)成本,在生產(chǎn)中具有重要意義[12]。巴斯德畢赤酵母能利用甲醇作為碳源,因?yàn)榧状寄軌蛘T導(dǎo)醇氧化酶(AOX)基因表達(dá),產(chǎn)生AOX1,從而使其含量為總細(xì)胞蛋白含量的30%~40%[13]。本試驗(yàn)的宿主菌為GS115菌株,該菌株具有完整的編碼AOX1基因,在含甲醇的培養(yǎng)基中能夠迅速生長(zhǎng),所以表型為Mut+(甲醇利用快速型),同時(shí)可以使外源蛋白得到高效表達(dá)。本試驗(yàn)結(jié)果顯示,SPLUNC1融合蛋白在72 h表達(dá)量最大。

        本研究所用的載體為pPIC9K載體,是一種分泌型載體。此載體以組氨醇脫氫酶基因(His4)為選擇標(biāo)記,同時(shí)含有AOX1基因啟動(dòng)子、終止子和卡那霉素抗性基因標(biāo)記等。這樣的組合方式既有利于外源基因通過(guò)該質(zhì)粒整合到酵母基因組中,也有利于重組酵母的篩選、表達(dá)以及外源蛋白的純化、檢測(cè)。本試驗(yàn)結(jié)果顯示,甲醇誘導(dǎo)表達(dá)后SPLUNC1融合蛋白存在于重組酵母培養(yǎng)上清液中,而在菌體中無(wú)目的蛋白,這表明使用pPIC9K載體可使目的蛋白分泌到培養(yǎng)液中。與固定化金屬離子作用最強(qiáng)的氨基酸為組氨酸,多聚組氨酸標(biāo)簽因其在表達(dá)過(guò)程中對(duì)目的蛋白性質(zhì)影響較小以及純化方法簡(jiǎn)單、方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)在蛋白質(zhì)親和純化中被廣泛使用[14]。因此,本研究在設(shè)計(jì)引物時(shí)加入6×His標(biāo)簽,所表達(dá)的蛋白含有His標(biāo)簽,便于后續(xù)試驗(yàn)中蛋白純化和檢測(cè)。本試驗(yàn)結(jié)果顯示,所表達(dá)的His融合蛋白經(jīng)Ni-NTA純化后雜蛋白減少,且能與抗His標(biāo)簽抗體結(jié)合。

        蛋白免疫印跡(Western Blot)結(jié)合了分辨率高的電泳技術(shù)以及高特異性和敏感性的酶免疫測(cè)定技術(shù),是蛋白分析的一種常規(guī)技術(shù),用于檢測(cè)樣品中是否存在特異蛋白[15]。本研究所表達(dá)的SPLUNC1融合蛋白含6×His標(biāo)簽,因此本試驗(yàn)使用His標(biāo)簽抗體進(jìn)行蛋白免疫印跡檢測(cè)表達(dá)產(chǎn)物中是否含有帶His標(biāo)簽的SPLUNC1融合蛋白。結(jié)果顯示,出現(xiàn)1條特異性條帶,與預(yù)測(cè)相符,表明表達(dá)產(chǎn)物中存在SPLUNC1融合蛋白。

        有資料報(bào)道,盤(pán)羊([XZ(20#]♂[XZ)])與巴什拜羊(♀)的雜交后代羔羊易感染綿羊肺炎支原體(mycoplasma ovipneumoniae,簡(jiǎn)稱(chēng)Mo)而引起大量死亡[16]。SPLUNC1基因是宿主先天性防御肺炎支原體感染的關(guān)鍵基因。本試驗(yàn)利用畢赤酵母成功表達(dá)并純化了盤(pán)羊雜交羊SPLUNC1融合蛋白,為進(jìn)一步研究盤(pán)羊雜交羊SPLUNC1基因的生物學(xué)功能奠定了基礎(chǔ)。

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