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        人源ADAM17基因干擾表達載體的構(gòu)建與鑒定

        2019-05-17 02:08:22張春利蔡徐山齊結(jié)華王曉青王東江
        國際檢驗醫(yī)學雜志 2019年9期
        關(guān)鍵詞:質(zhì)粒測序載體

        張春利,蔡徐山,宦 宇,齊結(jié)華,王曉青,王東江

        (上海市嘉定區(qū)婦幼保健院檢驗科,上海 201821)

        去整合素金屬蛋白酶17(ADAM17)是去整合素金屬蛋白酶家族(ADAMs)的重要成員之一。ADAMs是近年來發(fā)現(xiàn)的一類具有金屬蛋白酶活性的細胞膜表面糖蛋白,迄今為止已發(fā)現(xiàn)有40多個成員,這些成員大多含有金屬蛋白酶結(jié)構(gòu)域,它們參與了多種生物學功能,包括生育、黏附、遷移、炎癥、蛋白水解、細胞傳導以及腫瘤的發(fā)生發(fā)展等[1],目前研究較多的是ADAM10、ADAM17。ADAM17的前體結(jié)構(gòu)域能與鋅催化位點相結(jié)合,只有當其前體結(jié)構(gòu)域被蛋白酶水解后,ADAM17才具有酶催化活性,從而參與多種蛋白的水解[2]。ADAM17的一個重要功能是能剪切細胞膜上沒有活性的腫瘤壞死因子-α(TNF-α),并與相應受體結(jié)合,激活下游信號通路,參與一系列生物學過程,所以ADAM17又稱為腫瘤壞死因子α轉(zhuǎn)換酶(TACE)[3]。已有研究表明,ADAM17在多種腫瘤中表達水平明顯升高,并在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要的促進作用,因此有必要對ADAM17進行深入的研究。

        RNA干擾(RNAi)是一種由雙鏈RNA所誘導的轉(zhuǎn)錄后基因表達沉默現(xiàn)象,通過RNAi途徑,特異地降解其目的基因,從而抑制該目的基因的表達[4]。RNAi技術(shù)對靶基因的沉默具有高效、特異、設(shè)計簡便、操作方便等特點。近年來在基因功能研究及相應的后續(xù)基因治療中已有較廣泛的應用。本研究旨在構(gòu)建能夠有效靶向人源ADAM17基因的shRNA表達質(zhì)粒,從而為后續(xù)研究做準備。

        1 材料與方法

        1.1材料來源 人胰腺癌細胞株(PANC1)、感受態(tài)細胞stbl3、pLKO.1-puro載體由江蘇大學醫(yī)學院提供。高糖DMEM溶液購自Wisent公司;PBS溶液購自Hyclone公司;胰蛋白酶粉購自生興公司;胎牛血清FBS購自Gibco公司;DMSO購自Sigma公司;轉(zhuǎn)染試劑Lipofectamine 2000購自Promega公司;限制性內(nèi)切酶EcoRⅠ和AgeⅠ購于NEB公司;逆轉(zhuǎn)錄試劑盒、預染蛋白質(zhì)Marker、DNA相對分子質(zhì)量Marker DL2000、DL15 000購自Thermo公司;2×Green PCR Mix、2×SYBR Green Mix購自TransGen公司;PVDF膜購自BIO-RAD公司;兔抗人ADAM17抗體購自Cell Signaling公司;鼠抗人GAPDH抗體購自Santa Cruz公司;羊抗兔、羊抗鼠二抗購于Santa Cruz公司;dsDNA oligos由生工(上海)股份有限公司合成;30%丙烯酰胺購于蘇州圣康科技公司;T4連接酶購自takara;Trizol、柱式質(zhì)粒DNA小量抽提試劑盒、柱式DNA膠回收試劑盒購于生工(上海)股份有限公司;DNA測序由生工(上海)股份有限公司完成。

        1.2方法

        1.2.1ADAM17干擾表達載體的構(gòu)建 根據(jù)Sigma公司提供的ADAM17干擾序列5′-CCG GCC CAT GAA GAA CAC GTG TAA ACT CGA GTT TAC ACG TGT TCT TCA TGG GTT TTT G-3′,5′-AAT TCA AAA ACC CAT GAA GAA CAC GTG TAA ACT CGA GTT TAC ACG TGT TCT TCA TGG G-3′,以干擾與人的任何基因序列均無同源關(guān)系的eGFP為陰性對照,序列為5′- CCG GTA CAA CAG CCA CAA CGT CTA TCT CGA GAT AGA CGT TGT GGC TGT TGT ATT TTT-3′,5′-AAT TAA AAA TAC AAC AGC CAC AAC GTC TAT CTC GAG ATA GAC GTT GTG GCT GTT GTA-3′,送至生工(上海)股份有限公司合成。將ADAM17基因shRNA的正鏈、反鏈退火形成雙鏈DNA。該DNA片段含有限制性內(nèi)切酶AgeⅠ和EcoRⅠ所能識別的黏性末端;將該退火雙鏈DNA與pLKO.1載體經(jīng)AgeⅠ和EcoRⅠ雙酶切后膠回收的產(chǎn)物在T4連接酶的作用下進行連接,將連接好的產(chǎn)物轉(zhuǎn)化到感受態(tài)細胞Stbl3中,并涂于含有氨芐青霉素的培養(yǎng)板上進行篩選培養(yǎng)。挑取單克隆菌落進行擴增,用菌液PCR鑒定,并提取質(zhì)粒送往生工基因測序鑒定。

        1.2.2轉(zhuǎn)染PANC1細胞 將PANC1細胞培養(yǎng)至對數(shù)生長期,并接種到6孔板中。每孔加入約2 μL無抗生素培養(yǎng)基,培養(yǎng)細胞至融合度約為70%~80%時,參照Lipofectamine 2000說明書的方法將ADAM17 shRNA及陰性對照組eGFP shRNA分別轉(zhuǎn)染至PANC1 細胞中,5~6 h后更換為完全培養(yǎng)基,繼續(xù)培養(yǎng)。

        1.2.3q-PCR檢測重組載體干擾效果 將上述轉(zhuǎn)染細胞培養(yǎng)48 h,Trizol法提取總RNA,逆轉(zhuǎn)錄得到cDNA,再根據(jù)TransGen qPCR(SYBR)試劑盒的說明書來擴增。ADAM17上游引物序列:5′-AGA GCT GAC CCA GAT CCC AT-3′,下游引物序列:5′-TAC TCT CTT CCC CTC TGC CC-3′。GAPDH上游引物序列:5′-TGG GGA AGG TGA AGG TCG G-3′,下游引物序列:5′-CTG GAA GAT GGT GAT GGG A-3′。以GAPDH為內(nèi)參,以2-△△Ct法分別計算并比較干擾組和對照組ADAM17 mRNA的表達水平。

        1.2.4Western blot檢測重組載體干擾效果 收集轉(zhuǎn)染48 h后的干擾組和對照組PANC1細胞,用細胞裂解液提取各組總蛋白,進行10% SDS-PAGE電泳,將蛋白轉(zhuǎn)移至PVDF膜上后,用5%脫脂奶粉室溫封閉1 h,再用抗人ADAM17的兔源抗體(1∶1 000,3% BSA) 4 ℃孵育過夜,以β-tubulin為內(nèi)參。次日,TBST洗膜5 min,并重復3次,加入HRP(辣根過氧化物酶)標記的山羊抗兔IgG(二抗,1∶5 000),室溫反應1 h;TBST洗膜后,用ECL試劑進行顯影并檢測。

        1.2.5CCK-8法檢測所構(gòu)建質(zhì)粒對PANC1細胞增殖能力的影響 將轉(zhuǎn)染12 h后的各組細胞以1×103/孔的濃度接種于96孔板,并設(shè)置空白對照組(無細胞),分別于24、48、72 h加入10 μL CCK-8溶液,避光孵育2 h后,用酶標儀490 nm波長測量各孔的吸光度。重復實驗3次后取平均值,以時間為橫坐標、吸光度為縱坐標繪制生長曲線。

        2 結(jié) 果

        2.1靶向ADAM17基因干擾表達載體的構(gòu)建 菌液經(jīng)PCR擴增后,所得產(chǎn)物進行2%瓊脂糖凝膠電泳,結(jié)果顯示,產(chǎn)物1、3、4、5、6均有目的條帶(圖1),將這5個菌液培養(yǎng)擴增并提取質(zhì)粒后測序,測序結(jié)果完全正確(圖2)。

        注:M為DNA 2 000 bp marker;1 、2、3、4、5、6為不同菌落

        圖1菌液PCR產(chǎn)物瓊脂糖凝膠電泳圖譜

        圖2 重組質(zhì)粒pLKO.1-puro ADAM17 shRNA的測序圖譜

        2.2熒光定量 PCR 檢測 pLKO.1-puro ADAM17 shRNA干擾效果 為了明確 ADAM17 在轉(zhuǎn)染后被干擾的效果,本研究用qPCR檢測轉(zhuǎn)染后不同組的mRNA 表達水平。如圖 3 所示,與對照組相比較,轉(zhuǎn)染ADAM17干擾載體的PANC1細胞,ADAM17 mRNA表達水平下調(diào)了65%以上,差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。

        注:*P<0.05,與sh-eGFP組比較

        圖3q-PCR評估shRNA干擾效果

        2.3Western Blot檢測 pLKO.1-puro ADAM17 shRNA干擾效果 Western Blot 檢測結(jié)果顯示(圖4),與對照組相比較,轉(zhuǎn)染ADAM17干擾載體的PANC1細胞,ADAM17蛋白的表達水平顯著降低,差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05),這說明所構(gòu)建質(zhì)粒對ADAM17蛋白的表達有明顯的抑制作用,因此可用于后續(xù)實驗。

        2.4CCK-8實驗檢測pLKO.1-puro ADAM17 shRNA對PANC1細胞增殖的影響 為分析pLKO.1-puro ADAM17 shRNA對 PANC1細胞增殖速率的影響,分別在質(zhì)粒轉(zhuǎn)染后的24、48、72 h檢測96孔板中各組細胞吸光度,分析其增殖情況。與對照組相比,干擾組細胞增殖速率明顯降低(圖5),差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。

        注:*P<0.05,與sh-eGFP組比較

        圖4WesternBlot評估shRNA干擾效果

        注:*P<0.05,與sh-eGFP組比較

        圖5pLKO.1-puroADAM17shRNA對PANC1

        細胞增殖的影響

        3 討 論

        去整合素-金屬蛋白酶家族(ADAMs)是一類鋅依賴性的跨膜糖蛋白,它們有5個基本功能:蛋白水解、生物活性因子釋放、附著、融合和細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導,因此,它們在生物發(fā)育和生存中的作用是復雜的、多方面的[5-6]。其中,ADAM17和腫瘤的關(guān)系已成為研究的熱點,越來越多的研究表明,ADAM17在人類多種腫瘤中呈現(xiàn)高表達,而在正常細胞中表達很少,具有一定的腫瘤細胞特異度,并促進腫瘤轉(zhuǎn)移、侵襲。Oh ST等通過免疫組化發(fā)現(xiàn),ADAM17在皮膚鱗狀細胞癌中的表達水平升高,且隨分化程度越來越低,ADAM17的表達水平越來越高[7];在肝癌中,ADAM17通過EGFR/PI3K/Akt通路介導了化療抵抗[8];CHEN等[9]的研究結(jié)果表明,miR-338-3p在胃癌中的表達水平降低,而過表達miR-338-3p后,胃癌細胞的增殖、遷移、侵襲能力均被抑制,但ADAM17可以逆轉(zhuǎn)miR-338-3p的這些作用,促進胃癌細胞增殖、遷移、侵襲;表皮生長因子受體(EGFR)是原癌基因c-erbB1編碼的糖蛋白,屬于Ⅰ型跨膜酪氨酸激酶生長因子受體,在許多人類實體腫瘤中有表達或過度表達,與腫瘤的形成和發(fā)展有關(guān),而ADAM17可水解釋放EGFR的多種配體[10-11],HUANG等[12]的研究表明,ADAM17通過活化EGFR的多種配體,促進了頭頸鱗狀細胞癌的增殖、遷移;在腎癌細胞中,MicroRNA-145的降低使ADAM17表達水平升高,從而導致了腎癌的惡性進展[13]。綜上所述,ADAM17在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中有一定的促進作用,有可能成為預測惡性腫瘤是否轉(zhuǎn)移及預后的重要標志物。

        RNAi是一種抑制基因表達的技術(shù),通過小干擾RNA(siRNA),降解同源mRNA,從而沉默特定基因表達[14-15]。其中,siRNA可通過體外轉(zhuǎn)錄或用化學方法合成,但化學合成siRNA成本較高、不能持續(xù)抑制基因表達、且易于污染,體外轉(zhuǎn)錄法得到的siRNA量有限,而shRNA可以解決這些問題,shRNA是在編碼siRNA正、反鏈之間添加一段不互補的堿基序列,使RNA折疊成發(fā)卡結(jié)構(gòu)形成loop環(huán),與相應的載體連接構(gòu)成質(zhì)粒后,轉(zhuǎn)染進入細胞,經(jīng)胞質(zhì)中的核酸酶切割成siRNA,siRNA解鏈后再與RNA誘導的沉默復合物(RISC)相結(jié)合,識別與其序列互補配對的同源mRNA,降解mRNA從而沉默目的基因[16]。該方法無需直接操作RNA,且作用效果更好,有更加廣泛的應用前景。

        本研究成功構(gòu)建了人ADAM17基因干擾表達載體,在菌液PCR結(jié)果中,產(chǎn)物2沒有目的條帶,這可能是由于操作過程中不夠嚴謹而出現(xiàn)雜菌污染,但其余5個產(chǎn)物均在相應位置有條帶,且提取質(zhì)粒后,測序結(jié)果完全正確。用該質(zhì)粒轉(zhuǎn)染人胰腺癌細胞PANC1,有效地下調(diào)了PANC1細胞中ADAM17 mRNA和蛋白水平的表達,同時,轉(zhuǎn)染后細胞的增殖能力明顯被抑制。

        4 結(jié) 論

        本研究將靶向ADAM17的shRNA連接到了pLKO.1-puro載體中,測序成功后,瞬時轉(zhuǎn)染至胰腺癌細胞PANC1,顯著降低了實驗組細胞中ADAM17的mRNA和蛋白表達水平,說明該質(zhì)粒構(gòu)建成功;實驗組細胞增殖速率顯著降低,說明該質(zhì)粒可在體外培養(yǎng)的腫瘤細胞中發(fā)揮作用,為進一步研究ADAM17在腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程中的作用及機制奠定了基礎(chǔ)。

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