張毅強(qiáng), 師帥帥, 裴晉紅, 鄭 軍, 王星宇, 李云飛, 于 波, 張慧鵬, 胡文慶△
(1長(zhǎng)治醫(yī)學(xué)院生化教研室, 山西 長(zhǎng)治 046000; 2長(zhǎng)治醫(yī)學(xué)院附屬和濟(jì)醫(yī)院腎內(nèi)科, 山西 長(zhǎng)治 046011;3長(zhǎng)治醫(yī)學(xué)院臨床一系, 山西 長(zhǎng)治 046000; 4長(zhǎng)治醫(yī)學(xué)院附屬和濟(jì)醫(yī)院普外科, 山西 長(zhǎng)治 046011)
G-四鏈體(G-quadruplex,G4)是由富含鳥(niǎo)嘌呤的序列通過(guò)Hoogsteen氫鍵相連形成的一種非經(jīng)典的核酸二級(jí)結(jié)構(gòu)[1]。研究表明該二級(jí)結(jié)構(gòu)廣泛存在于DNA及RNA中,與基因的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄密切相關(guān)[2],參與腫瘤與某些疾病的發(fā)生發(fā)展過(guò)程,具有重要的生物學(xué)功能,已成為抗腫瘤研究的重要靶點(diǎn)[3-4]。端粒是真核生物染色體線性DNA分子末端的結(jié)構(gòu),由富含TG序列的多次重復(fù)組成[5],位于端粒區(qū)的富含G的序列可以形成G4結(jié)構(gòu)[6-7]。
本課題前期研究已成功構(gòu)建了G-四鏈體DNA的單鏈抗體原核表達(dá)載體pSANG10-BG4,并在大腸桿菌BL21中成功表達(dá)及鑒定了該抗體BG4[8],但BG4在真核細(xì)胞內(nèi)的功能并未研究。由于在真核細(xì)胞端粒區(qū)存在大量的G序列,因此本研究擬進(jìn)一步構(gòu)建并鑒定BG4真核表達(dá)載體,分析胃癌細(xì)胞株AGS中表達(dá)的BG4對(duì)其端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(telomerase reverse transcriptase,TERT)表達(dá)及細(xì)胞凋亡的影響。
大腸桿菌DH5α、pEGFP-N1和胃癌細(xì)胞株AGS為本室留存;pMDTM18-T Vector Cloning Kit(6011)、Gene Mark Plasmid Miniprep Purification KitⅡ(DP012)、 EX Taq DNA聚合酶(RR001A)、dNTP Mixture(4030)及限制性內(nèi)切酶SacⅠ(1078S)和PstⅠ(1073S)購(gòu)于TaKaRa;DNA Marker(SM0331)和T4 DNA Ligase(2011A)購(gòu)自Thermo; MiniBEST Agarose Gel DNA Extraction Kit(9762)、1 kb DNA Ladder(3426A)、TRANS 100bp DNA ladder(BM301)購(gòu)于TaKaRa;蘇木素伊紅染色試劑盒(AR-0781)購(gòu)于北京鼎國(guó)昌盛生物技術(shù)有限公司;酵母提取物和胰蛋白胨購(gòu)于OXOID;抗FLAG兔多克隆抗體(RG001060)購(gòu)自索萊寶公司;抗人TERT(human TERT,hTERT;sc-7212)和β-actin (sc-4778)抗體購(gòu)自Santa Cruz;HRP標(biāo)記的羊抗兔II抗(D110058)購(gòu)自上海生工生物工程股份有限公司;其余試劑選用國(guó)產(chǎn)分析純。引物序列及測(cè)序由上海生工生物工程股份有限公司完成。
2.1PCR擴(kuò)增BG4序列 根據(jù)pSANG10-BG4中BG4的序列,設(shè)計(jì)BG4引物,上游引物序列為5’-GGAGCTCATGGCCGAGGTGCAGCTG-3’,下游引物序列為5’-CTGCTGCAGCTTGTCATCGTCATCCTTGTAATC-3’,下劃線表示SacⅠ與PstⅠ酶切位點(diǎn),其5’端序列為保護(hù)堿基。反應(yīng)體系:滅菌去離子水36.5 μL,Ex Taq DNA聚合酶(5 U/μL)0.5 μL,10×PCR Buffer 5 μL,dNTP 5 μL,上游引物(10 μmol)1 μL,下游引物(10 μmol)1 μL,pSANG10-BG4 DNA 1 μL,總體積50 μL。反應(yīng)程序?yàn)椋?94 ℃ 10 min; 94 ℃ 30 s, 58 ℃ 30 s, 72 ℃ 1 min, 30個(gè)循環(huán); 72 ℃ 5 min。恒壓120 V,跑1.5%瓊脂糖凝膠電泳45 min,記錄拍照。
2.2pMD18-T-BG4載體的構(gòu)建及序列測(cè)定 取滅菌去離子水3 μL、上述純化的PCR產(chǎn)物1 μL、pMD18-T載體1 μL和Ligation solutionⅠ 5 μL,16 ℃反應(yīng)1 h。挑取平皿中生長(zhǎng)的白色單克隆菌落溶解在含Kana的新鮮培養(yǎng)基中,37 ℃繼續(xù)培養(yǎng)3~4 h,取2 μL菌液為模板進(jìn)行PCR;擴(kuò)增后提取質(zhì)粒,用限制性內(nèi)切酶SacⅠ與PstⅠ酶切鑒定,反應(yīng)體系為:滅菌去離子水12 μL,10× QBuffer 5 μL,pMD18-T-BG4質(zhì)粒1 μL,SacⅠ1 μL,PstⅠ1 μL,總體積20 μL。經(jīng)1%瓊脂糖凝膠電泳鑒定,凝膠成像儀記錄結(jié)果。選取經(jīng)雙酶切鑒定成功與預(yù)期結(jié)果一致的菌株送上海生工生物工程股份有限公司進(jìn)行測(cè)序,以最終確定重組真核質(zhì)粒的正確性。
2.3pEGFP-N1-BG4載體的構(gòu)建及鑒定 小量提取pMD18-T-BG4質(zhì)粒,經(jīng)SacⅠ和PstⅠ雙酶切后回收含有黏性末端的小片段,反應(yīng)體系為:滅菌水21 μL,pMD18-T-BG4質(zhì)粒20 μL,10× QBuffer 5 μL,SacⅠ 2 μL,PstⅠ 2 μL,總體積50 μL。pEGFP-N1轉(zhuǎn)化入DH5α感受態(tài)細(xì)胞,提取質(zhì)粒,經(jīng)SacⅠ和PstⅠ雙酶切,切膠回收大片段,方法同上,反應(yīng)體系為:回收的pEGFP-N1載體大片段1 μL,純化目的片段16.6 μL,T4 DNA連接酶0.4 μL,10× T4 DNA Ligase Buffer 2 μL,總體積20 μL。提取質(zhì)粒pEGFP-N1-BG4經(jīng)SacⅠ和PstⅠ雙酶切鑒定及SacⅠ單酶切鑒定,選取經(jīng)雙酶切鑒定成功的菌株送上海生工生物工程股份有限公司測(cè)序,以最終確定重組真核質(zhì)粒的正確性,并命名為pEGFP-N1-BG4。
2.4細(xì)胞轉(zhuǎn)染 轉(zhuǎn)染分為空白對(duì)照(control)組(未加質(zhì)粒及LipofectamineTM2000)、pEGFP-N1組及pEGFP-N1-BG4組將AGS細(xì)胞按每孔1×106接種于6孔板內(nèi),待細(xì)胞融合達(dá)80%時(shí),按LipofectamineTM2000說(shuō)明配好A、B液。A液含240 μL 無(wú)血清無(wú)抗生素RPMI-1640培養(yǎng)基和10 μL LipofectamineTM2000,總體積250 μL,室溫孵育5 min;B液含雙無(wú)RPMI-1640培養(yǎng)基及4.0 μg 去內(nèi)毒素的質(zhì)粒,總體積250 μL?;旌螦、B液室溫避光孵育20 min。將混合液逐滴加入孔中,每孔培養(yǎng)基總量為2 mL,搖動(dòng)培養(yǎng)板,輕輕混勻。培養(yǎng)6 h后,將孔內(nèi)培養(yǎng)基換為完全RPMI-1640培養(yǎng)基,繼續(xù)培養(yǎng)24 h后,倒置熒光顯微鏡下觀察EGFP的表達(dá),分析轉(zhuǎn)染效果。
2.5Western blot鑒定BG4蛋白表達(dá) pEGFP-N1-BG4質(zhì)粒轉(zhuǎn)染細(xì)胞48 h 后,棄去細(xì)胞培養(yǎng)基,用預(yù)冷的PBS洗細(xì)胞3次,吸凈PBS,孔內(nèi)加入150 μL RIPA,置冰上20 min,待充分裂解后,12 000×g、 4 ℃離心5 min,取上清,行SDS-PAGE分離待測(cè)蛋白,I 抗用抗FLAG-Tag于4 ℃孵育過(guò)夜,TBST洗膜3次,每次10 min。HRP標(biāo)記的羊抗兔 II 抗按1 ∶5 000的比例稀釋于5%脫脂奶粉中,室溫下孵育2 h,TBST漂洗3次,每次10 min,ECL發(fā)光液顯色。
2.6流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)細(xì)胞周期 取收集轉(zhuǎn)染48 h后的各組細(xì)胞,PBS洗3次,預(yù)冷的乙醇固定2 h,PBS洗去固定液,細(xì)胞沉淀中加 100 μL RNase A 溶液,重懸細(xì)胞,37 ℃水浴 30 min;再加入400 μL PI 染色液混勻,4 ℃避光孵育 30 min。于激發(fā)波長(zhǎng) 488 nm 處記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
2.7DAPI 法檢測(cè)細(xì)胞凋亡 將6孔板內(nèi)接種的AGS細(xì)胞分為空白對(duì)照(control)組、pEGFP-N1組和pEGFP-N1-BG4組,轉(zhuǎn)染24 h后,PBS洗3次,每次2 min。每孔加入100 μL DAPI,室溫染色5 min。吸除DAPI 染液,PBS洗3次,每次5 min,熒光顯微鏡下觀察結(jié)果。
2.8HE染色 細(xì)胞用4%多聚甲醛固定10 min,蒸餾水洗滌2次,每次2 min。蘇木素染10 min,自來(lái)水洗滌10 min,蒸餾水洗1次,1%氨水中返藍(lán)2 min,自來(lái)水洗干凈,95%乙醇5 s,伊紅染液染1 min,70%乙醇洗2次,拍照觀察。
2.9qPCR及Western blot測(cè)定hTERT表達(dá) TRIzol法提取3組細(xì)胞總RNA,按TaKaRa公司Prime ScriptTMRT-PCR Kit逆轉(zhuǎn)錄為cDNA,用SYBR? Premix Ex TaqTMII體系進(jìn)行熒光定量PCR,測(cè)定3組hTERT的表達(dá)。hTERT的上游引物序列為5’-GGAGGCTCGTGGAGACCATC-3’, 下游引物序列為5’-CATTTGCCAGTAGCGCTGGG-3’; β-actin的上游引物序列為5’-CCTGGCACCCAGCACAAT-3’, 下游引物序列為5’-GGGCCGGACTCGTCATAC-3’。反應(yīng)條件為:94 ℃ 30 s,58 ℃ 30 s,72 ℃ 30 s,30個(gè)循環(huán)。用2-ΔΔCt法計(jì)算mRNA的相對(duì)表達(dá)量。細(xì)胞轉(zhuǎn)染36 h后,提取細(xì)胞總蛋白,濃度測(cè)定后進(jìn)行Western blot檢測(cè)各組hTERT的蛋白表達(dá)(方法如前所述)。
采用SPSS 22.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示,組間比較采用單因素方差分析,以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
以pSANG10-BG4質(zhì)粒為模板進(jìn)行PCR擴(kuò)增,顯示擴(kuò)增得到的BG4目的片段位于800~900 bp,與理論結(jié)果877 bp一致,無(wú)非特異擴(kuò)增帶出現(xiàn),陰性對(duì)照無(wú)擴(kuò)增條帶。
PCR擴(kuò)增BG4基因片段純化回收后與pMD18-T載體進(jìn)行連接,可見(jiàn)陽(yáng)性菌落,將陽(yáng)性菌提取質(zhì)粒進(jìn)一步用SacⅠ和PstⅠ雙酶切,可見(jiàn)載體pMD18-T和目的片段BG4 2個(gè)條帶,表明質(zhì)粒連接正確,送測(cè)序并將陽(yáng)性重組質(zhì)粒命名為pMD18-T-BG4。
pEGFP-N1-BG4載體經(jīng)SacⅠ和PstⅠ雙酶切,結(jié)果出現(xiàn)的條帶與預(yù)期的877 bp的小片段和4.7 kb的大片段相符合。經(jīng)SacⅠ單切條帶位于5 000~6 000 bp之間,與預(yù)期結(jié)果一致。pEGFP-N1-BG4測(cè)序顯示插入片段序列與BG4序列完全一致,表明載體構(gòu)建成功,見(jiàn)圖1。
Figure 1.The sequencing results of pEGFP-N1-BG4 recombinant plasmid (partial).
細(xì)胞轉(zhuǎn)染24 h后觀察EGFP在AGS細(xì)胞中的表達(dá),空白對(duì)照組無(wú)EGFP表達(dá),而pEGFP-N1組和pEGFP-N1-BG4組可見(jiàn)綠色熒光蛋白的表達(dá),見(jiàn)圖2。圖中可見(jiàn)pEGFP-N1 組綠色熒光蛋白表達(dá)量較pEGFP-N1-BG4多,可能是因?yàn)閜EGFP-N1-BG4質(zhì)粒較大。
Figure 2. EGFP expression in vitro imaging of AGS cells 24 h after gene transfection. A and B: pEGFP-N1 group; C and D: pEGFP-N1-BG4 group.
pEGFP-N1-BG4組可見(jiàn)BG4蛋白的表達(dá),BG4蛋白的分子量為30~35 kD,增強(qiáng)型綠色熒光蛋白分子量為27 kD,融合蛋白分子量為57~62 kD,目標(biāo)蛋白分子量介于48~63 kD之間,與理論值相符。結(jié)果表明AGS細(xì)胞轉(zhuǎn)染pEGFP-N1-BG4質(zhì)粒成功表達(dá)BG4蛋白,見(jiàn)圖3。
Figure 3.The image of Western blot analysis for determining the expression of BG4 fusion protein in the AGS cells. M: standard molecular weight protein marker; A: proteins from the AGS cells transfected by pEGFP-N1-BG4 vector; B: proteins from the AGS cells transfected by pEGFP-N1 vector.
與空白對(duì)照組及pEGFP-N1組相比,pEGFP-N1-BG4 組可使細(xì)胞周期阻滯于G1期,抑制細(xì)胞進(jìn)入S 期(P<0.05),見(jiàn)圖4。
Figure 4.Flow cytometry analysis for cell cycle distribution.Mean±SD. n=3.**P<0.01 vs control group.
空白對(duì)照組及pEGFP-N1組細(xì)胞核染色均一,表面光滑,圓形或類圓形;pEGFP-N1-BG4組細(xì)胞核輪廓不規(guī)則,出現(xiàn)偏位及新月形改變,出現(xiàn)核固縮的凋亡表現(xiàn),見(jiàn)圖5。
qPCR結(jié)果表明,與control組相比,hTERT的mRNA表達(dá)在pEGFP-N1-BG4 組受到抑制(P<0.05)。Western blot實(shí)驗(yàn)表明,與control組相比,pEGFP-N1-BG4 組hTERT表達(dá)降低(P<0.05),與hTERT mRNA結(jié)果一致??瞻讓?duì)照組與pEGFP-N1 組比較 hTERT在mRNA和蛋白水平上的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性,見(jiàn)圖6。
Figure 5.Detection of apoptosis by DAPI method (upper panel, ×200) and morphological observation (lower panel, ×400).
Figure 6.qPCR (A) and Western blot (B) analysis of the expression of hTERT. Mean±SD. n=3.* P<0.05 vs control group.
G4結(jié)構(gòu)廣泛存在于端粒及基因的啟動(dòng)子區(qū),調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄與翻譯[9-11]。Fernando等[12]在2009年即提出針對(duì)DNA G4結(jié)構(gòu)的單鏈抗體,當(dāng)其在人類細(xì)胞內(nèi)表達(dá)時(shí),可以通過(guò)與預(yù)測(cè)存在的G4結(jié)構(gòu)相互作用,影響一系列基因的表達(dá)。由于BG4與DNA端粒G4結(jié)構(gòu)有很高的親和力[13], Biffi等[14]于2014年報(bào)道利用BG4抗體發(fā)現(xiàn)在胃癌和肝癌組織中G4表達(dá)增高,因此端粒區(qū)的G4結(jié)構(gòu)也成為本課題研究的切入點(diǎn)。真核細(xì)胞內(nèi)端粒像兩頂帽子蓋在染色體的兩端,由于其特殊的結(jié)構(gòu),早已成為抗腫瘤研究的重要領(lǐng)域。細(xì)胞端粒酶在細(xì)胞增殖中發(fā)揮重要作用,而在端粒酶的激活過(guò)程中,端粒酶的主要組成單位hTERT起關(guān)鍵作用,其表達(dá)與端粒酶活性密切相關(guān),控制著端粒酶的活性。端粒是位于染色體末端的由TG構(gòu)成的短串聯(lián)序列,由于該區(qū)域富含G序列可以形成G4結(jié)構(gòu)。本研究中細(xì)胞周期實(shí)驗(yàn)證實(shí)G4抗體真核表達(dá)載體pEGFP-N1-BG4轉(zhuǎn)染AGS細(xì)胞可以阻止細(xì)胞進(jìn)入S期,從而抑制細(xì)胞的增殖,這表明G4真核表達(dá)載體轉(zhuǎn)染細(xì)胞后,主要通過(guò)BG4蛋白與細(xì)胞端粒區(qū)的G4結(jié)合發(fā)揮生物學(xué)功能,進(jìn)一步研究表明是通過(guò)抑制hTERT活性而抑制端粒酶的表達(dá),阻滯細(xì)胞周期進(jìn)程而促進(jìn)細(xì)胞凋亡。
綜上所述,該研究在本課題組前期構(gòu)建G4抗體原核表達(dá)載體pSANG10-BG4的基礎(chǔ)上,成功構(gòu)建了G4抗體真核表達(dá)載體pEGFP-N1-BG4,通過(guò)酶切、測(cè)序?qū)υ撦d體序列進(jìn)行了鑒定,并成功在胃癌細(xì)胞AGS內(nèi)表達(dá)。pEGFP-N1-BG4轉(zhuǎn)染AGS細(xì)胞抑制細(xì)胞增殖,抑制端粒酶活性,其機(jī)制與下調(diào)hTERT mRNA與蛋白的表達(dá)有關(guān),由于腫瘤細(xì)胞中端粒酶活性調(diào)控方式的多樣性和復(fù)雜性,也可能有更多機(jī)制參與了該過(guò)程。由于研究的細(xì)胞株數(shù)量較少,在不同的腫瘤細(xì)胞株中是否具有相似的作用還需要實(shí)驗(yàn)論證,這些問(wèn)題有待于更進(jìn)一步的研究,具體的機(jī)制還需要進(jìn)一步闡明,以便更好地研究其功能。