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腺病毒介导的秦川牛固醇调节元件结合蛋白2基因(SREBP2)过表达载体的构建与鉴定

2020-01-09 来源:好走旅游网
委 鼎 囊●生■穗 簟一 / 研究资源 Resources …Online system:htpt赫:/uwrwawl .jBa biotech .org y 农1of A gricul晶 …… 盟 腺病毒介导的秦川牛固醇调节元件结合蛋白2基因(SREBP2)过表达 载体的构建与鉴定 付常振 刘扬 昝林森 ”王虹 成功 王嘉力 1西北农林科技大学动物科技学院杨凌712100;2国家肉牛改良中心,杨凌712100 同等贡献作者 通讯作者,zanlinsen@163.com 摘 要 固醇调节元件结合蛋白2(sterol regulatory element binding protein 2,SREBP2)属于碱性螺旋一环一 螺旋亮氨酸拉链转录因子家族,在胆固醇的代谢过程中具有重要的调控作用。克隆秦川I牛(Bos taurus)的 SREBP2基因并构建相应腺病毒过表达载体,包装扩繁获得高滴度腺病毒,对于在细胞水平上研究 SREBP2基因的功能和作用机制具有重要作用。本研究以秦川牛脂肪组织为实验材料,提取总RNA并反 转录为cDNA,依据GenBank收录的牛的SREBP2基因(Accession NO.NM O01205600)mRNA序列设计 引物,克隆出SREBP2基因编码区(coding sequence,CDS)全长。将SREBP2基因与穿梭载体连接构建 pAdTrack—CMV-SREBP2表达载体,用Pine 1分别酶切线性化pAdTrack.CMV-SREBP2和空白对照 pAdTrack—CMV载体并转化含有骨架载体pAdEasy一1的大肠杆菌(Escherichia coli)BJ5183感受态进行同源 重组,得到腺病毒重组载体pAd—SREBP2和pAd—CMV,分别用Pac I酶切后胶回收DNA大片段,并将回 收产物转染293A细胞包装得到腺病毒Ad—SREBP2和Ad.CMV,增殖并提高病毒滴度,得到高滴度病毒 后,用绿色荧光蛋白(green lfuorescentprotein,GFP)标记法测定显示Ad—SREBP2和Ad—CMV的病毒滴度 分别为7×1O 和1.3x10 GFU/mL。将Ad—SREBP2和Ad.CMV腺病毒侵染秦川I牛前体脂肪细胞检测病毒 的有效性,实时定量PCR检测结果显示,侵染48 h时.SRE8P2基因的表达量提高了102-3倍。本研究成功 克隆了秦川I牛的SREBP2基因,构建了病毒重组体,包装增殖获得了高滴度病毒,为在细胞水平上基因功 能的研究提供了基础资料。 关键词秦川I牛,固醇调节元件结合蛋白2基因(SREBP2),胆固醇,腺病毒 Const一 ruction and ldent‘ ‘ 一‘ if‘一 ication ot Recombi。tort一 。 nant Adenovi‘ ‘ rus Vector Spe—一一 一  ciifc to Qinchuan Cattle(Bos taurus)Derived Sterol Regulatory Element Binding Protein 2 Gene(SREBP2) FU Chang—Zhen LIU Yang ZAN Lin-Sen , ”WANG Hong CHENG Gong WANG Jia—Li l College of Animal Science and Technology,Northwest Agricultural and Forestry University,Yangling 712100,China;2 National Beef Cattle Improvement Center ofNorthwest Agriculuralt and Forestry University,Yangling 712100,China The authors who contribute equally 十 Corresponding author,zanlinsen@163.com 基金项目:“十二五”国家高技术研究发展计划(863)(No.2013AA102505,No.2011AA100307—02)、国家自然科学基金项目 (No.31272411)、“十二五”国家转基因育种重大专项(No.2013ZX08007—002) ̄[1国家现代农业产业技术体系建设专项(No CARS・38) 收稿日期:2013—04—03 接受日期:2013.05—03 。 Abstract Sterol regulatory element binding protein 2(SERBP21 is a basic—helix—loop—helix—luecine zipper factor which regulates the metabolization process of cholestero1.We cloned the SREBP2 gene from Qinchuan cattle(Bos taurus)and constructed the overexpression adenoviral vector,and packed and ampliifed the viusr for a high titer,as a antecedent work for the further study of cellular level function of SERBP2 gene.Total RNA was extracted from the adipose tissue of Qinchuan cattle and then reversely transcripted to cDNA.A pair of exclusive primers were designed according to the GenBank sequence information of SREBP2 gene(Ac— cession No.NM_001205600)to amplify the complete coding sequence(CDS)area of SREBP2 gene by poly— merase chain reaction(PCR).The rfagments containing CDS area of SREBP2 gene were inserted into the shut- tie vector to construct the pAdTrack—CMV-SREBP2 plasmid.The recombinant plasmid and the blank control pAdTrack—CMV were linearized by digesting with restriction endonuclease Pme I and subsequently trans— formed into Escherichia coli BJ5 1 83 containing pAdEasy-・1 to homologous recombine and obtain the recombi・- nant adenovirus plasmid pAd—SREBP2 and pAd—CMV.And then,the confirmed recombinant adenoviusr plas— mid pAd・-SREBP2 was digested with Pac I and transfected into 293A cell line to package and amplify the re・・ combinant adenovius Ad-r-SREBP2 and Ad・-CMV,and to collect virus of high titer.The viral titer of Ad・・ SREBP2 and Ad—CMV was 7×10 and 1.3×10 GFU/mL respectively,measured by green lfuorescent protein (GFP)labelled method.Qinchuan cattle derived preadipocyte was infected by Ad—SREBP2 and Ad-CMV to veriy fthe availability of the virues.The expression of SREBP2 increased by 1 02.3 times after infected with the recombinant adenovirus for 48 h,determined by quantitative Real—time PCR.The cloning of SERBP2 gene of Qinchuan cattle obtaining of recombinant adenoviu rand viusr of high titer are set as foundation for the studies of the gene function on cellular leve1. Keywords Qinchuan cattle,Sterol regulatory element binding protein 2 gene(SREBP2),Cholesterol,Adeno— vius rHasegawa et a1., 固醇调节元件结合蛋白(sterol regulatory 酸和甘油三酯的催化能力较弱(element binding proteins.SREBPs)属于碱性螺旋. 环.螺旋亮氨酸拉链转录因子家族,研究发现, 2012;Horton et a1.,2009;Horton et a1.,1998;Pai et a1.,1998;Shimano et a1.,1996;Shimano et a1.,1997; mano et a1.,1997;Yashiro et a1.,2012)。研究表 SREBPs家族能够通过与下游基因启动子中的SRE Shi(5’一TCACNCCAC.3’)序列结合(Hua et a1.,1993; 明SREBP2基因被激活后能合成更多的胆固醇来 Shimano,2001),直接激活30多个基因的转录,调 代偿SREBP1的缺乏;而敲除SREBP2基因的小鼠 控胆固醇、脂肪酸、甘油三酯和磷脂的合成与吸收, 则在8 d内全部死亡,表明SREBP1基因不能代偿 Shimano et a1.,1997)。与其他 以维持动物细胞脂质的稳态(Brown and Goldstein, SREBP2基因的缺乏(1 997;Edwards et a1.,2000;Horton and Shimomura, 1999;Jeon and Osborne,2012;Raychaudhuri et a1., 螺旋一环一螺旋亮氨酸拉链蛋白不同,SREBP2以无 活性的1NSIG/SCAP SREBP2蛋白前体形式结合在 2012;Sakakura et a1..2001)。SREBPs基因家族在 内质网上,胆固醇耗尽时能够促进1NSIG和SCAP 脊椎动物中表达SREBP1和SREBP2两个基因。 释放,调控SREBP2转运到高尔基体上解元,形成 SREBP1基因主要以SREBP—lc的形式存在,其转录 核型的nSREBP2,进入细胞核促进胆固醇合成相 活性结构域较短,属于较弱的转录因子,优先特异 关基因的表达(Brown and Goldstein,1997; 激活脂肪酸和甘油三酯的合成,SREBP2则拥有一 Goldstein et a1.,2002;Horton et a1.,2002)。而RNAi 个长的转录活性序列,能够通过激活低密度脂蛋白 抑制SREBP2基因表达后能够很明显的改善胆固 受体(1ow densiy ltipoprotein receptor,LDLR)、乙酰 醇的积累(Liao et a1.,2012),表明SREBP2基因与胆  辅酶A合成酶(acetoacetyl—CoA synthetase,AACS) 固醇的合成密切相关。等基因,有效的调控胆固醇的代谢,而对合成脂肪 鉴于SREBP2基因在胆固醇的代谢过程中有 腺病毒介导的秦川牛固醇调节元件结合蛋白2基[](SREBP2)过表达载体的构建与鉴定 Construction and Identiifcation of Recombinant Adenovirus Vector Speciifc to Qinchuan Cattle Derived SREBP2 Gene 一 取总RNA并反转录,实时定量PCR检测SREBP2 Hunt,2002)。本研究采用的pAdEasy.1腺病毒载体 基因的表达量(图6),结果显示SREBP2基因的表达 系统是由He等(1998) ̄J建的,操作简单,重组效率 量相对于空白对照提高了102.3倍。说明病毒包装 高,病毒纯度高,对人体相对安全。 成功,并且能有效转录SREBP2基因。 本研究中我们将构建的穿梭载体pAdTrack— CMV-SREBP2以及空白对照载体pAdTrack—CMV 2讨论 与骨架载体pAdEasy—l的重组实验在E.coli 牛的SREBP2基因定位于5号染色体上, BJ5183大肠杆菌中进行,这样大大提高了重组效 Luo et a1.,2007)。提取 mRNA全长5 194 nt,CDS区全长3 423 bp,翻译 率,更容易得到病毒重组体(1 140个氨基酸残基,由于基因CDS区序列相对较 长且GC含量接近65%,这些均不同程度增加了 PCR扩增基因全序列的难度。为提高PCR扩增效 率,得到基因CDS区全序列,首先应当注意在组织 样品采集、总RNA提取与反转录过程中防止RNA 的降解,再者为得到基因的真实序列,确保实验结 果的可靠性,彻底排除人为等外界因素的干扰,在 PCR扩增SREBP2基因CDS区序列时尽量使用高 保真酶。另外,实验过程中构建的所有携带 SREBP2基因的载体均需要测序验证,以确保所得 SREBP2基因序列的准确性。为方便在克隆载体、 穿梭载体、重组腺病毒载体等过程中对SREBP2基 因的操作,在PCR扩增引物中插入酶切位点时,应 综合分析基因序列自带酶切位点和各载体多克隆 位点信息,以方便目的基因与载体的连接。 将外源基因导入真核细胞以实现目的基因的 过表达,是目前研究基因功能的重要方法之一。目 前将外源基因导入真核细胞方法有多种,主要分为 三类:一是通过脂质体介导的化学方法;二是应用 核转仪、电转移等手段的物理方法;三是以携带外 源基因的病毒、农杆菌等为媒介的生物学方法。然 而,化学试剂和物理操作容易对细胞造成损伤,影 响细胞的正常功能,并且有许多细胞系很难实现高 效转染,尤其是大多数培养的原代细胞。因此,本 研究选择了腺病毒载体系统,将目的基因SREBP2 插入病毒基因组,利用病毒的侵染性实现目的基因 在真核细胞的过表达,并且能最大限度的保护细胞 不受损伤,使细胞保持良好的生长状态。 腺病毒载体系统与其他病毒载体系统相比具 有诸多优点,如腺病毒靶细胞种类多,可以侵染不 同分裂期、非分裂期细胞及体内组织;容易包装得 到病毒,快速提高病毒滴度,侵染效率高;可以携带 约l0 kb的大片段外源基因而不与宿主基因组整合 等(He et a1.,1998;Lee et a1.,1996;Vorburger and 腺病毒重组质粒,用Pac I酶切线性化并回收质粒 大片段,然后转染293A细胞包装病毒,第一代病毒 的包装一般需要10~15 d,为提高包装成功率,得到 高质量病毒,应去掉质粒中包含的内毒素,防止其 在细胞中积聚,影响病毒的包装。由于第一代病毒 包装时间较长,在这期间更换或添加新鲜培养基更 容易形成病毒。 SREBPs是调控胆固醇、脂肪酸、甘油三酯和磷 脂合成与吸收重要转录因子,在维持动物细胞脂质 的稳态方面起着重要的作用。目前关于 船 基 因家族的研究,首先集中在与胆固醇、脂肪酸代谢 相关的人的疾病方面(Bauer et a1.,2011:Bhatt et a1.,2011;Krycer et a1.,2012;Lhotak et a1.,2012; Liu et a1.,2010;Robinet et a1.,2003);其次是外源性 的药物、化学试剂等物质对5 EBP2基因的表达情 况的影响(张培东等,2009;窦晓兵等,2010;汤世 国等,2012;吴婷婷等,20121;再者是通过建立特 定的动物模型来研究SREBP2基因的功能f郝军 等,2009)。本研究通过克隆秦川牛的SREBP2基 因,应用pAdEasy.1腺病毒载体系统,构建获得 pAd—SREBP2和空白对照pAd—CMV病毒重组体, 包装得到Ad—SREBP2和Ad.CMV腺病毒,从而实 现通过直接对SREBP2基因的操作来研究其对脂 肪酸、胆固醇等的代谢过程中的作用,提供一种新 的思路。 综上,本研究获得了Ad SREBP2和Ad.CMV 重组腺病毒并用GFP标记法测病毒滴度为7×l0 和1.3x10 GFU/mL。本研究还将病毒侵染牛的前 体脂肪细胞,实时定量检测结果显示,侵染48 h时 SREBP2基因的表达提高了102-3倍,验证了病毒的 有效性,为在细胞水平研究SREBP2基因功能提供 了基础资料。 3材料与方法 螂 脚~。…gy 3.1实验材料 PCR产物大小是3 446 bp,将引物送英潍捷基 (上海)贸易有限公司(美国)合成。 穿梭载体pAdTrack—CMV、含有腺病毒骨架载 菌株、293A细胞系f来源于人肾纤维母细胞,组成 3.2总RNA的提取与cDNA的合成 体pAdEasy一1的大肠杆菌(Escherichia coli)BJ5183 3.利用Trizol法提取秦川牛皮下脂肪组织中的 型表达腺病毒E1A和E1B蛋白的细胞系1、牛前体 总RNA,并立即反转录cDNA于一80 ̄C保存备用, 脂肪细胞均由西北农林科技大学国家肉牛改良中 反转录体系与详细步骤参考Fermentas公司 心保存;大肠杆菌(Escherichia coli)DH5a感受态、T RevertAidTM First SVand cDNA Synthesis试剂盒使 DNA连接酶购白天根生化科技(tL京)有限公司(中 用说明。 国1;质粒小量提取试剂盒、无内毒素质粒小量提取 试剂盒、DNA胶回收试剂盒均购自OMEGA公司 (美国);Xba I、 n I、Pac I和Pme I限制性内切 酶购自NEB公司(美国),九一Hind I DNA marker、 lkb DNA Ladder购自中科瑞泰(北京)生物科技有 限公司:KOD—Plus.Ver.2高保真聚合酶购自东洋纺 (上海)生物科技有限公司(日本);Reve ̄AidT First Strand cDNA Synthesis Kit、TurboFect in vitro Transfection Rengent与CloneJET PCR Cloning Kit均购自Fermentas公司(美国);实时定量SYBR ̄ Premix Ex Taq 试剂盒购白TAKARA公司(日本); Trizol、琼脂糖购自美国Invitrogen公司(美国);固相 RNase去除剂购自北京天恩泽基因科技有限公司 f中国1;胎牛血清、DMEM/F12和DMEM(HIGH GLUCOSE)均购自Hyclone公司(美国);PCR引物 由英潍捷基(上海)贸易有限公司合成(美国);细胞 培养耗材均购置Coming公司(美国)。 3.2实验样品制备 以国家肉牛改良中心良繁场24月龄秦川牛 fBos taurus)公牛为实验材料,屠宰后立即取适量皮 下脂肪组织置于无RNase和DNase的2 mL冻存管 中,迅速置于液氮中,运回实验室于一80℃保存备用。 3.3 S刷 lP2基因的克隆 3.3.1 PCR引物的设计和合成 根据GenBank公布的牛的SREBP2基因序列 (Accession No.NM 901205600)为模板设计PCR引 物,为方便操作,在综合分析基因序列和实验所需载 体多克隆位点信息的情况下,在上游和下游引物中 分别插入 凡I和Xba I酶切位点,具体引物信息: SREBP2.F: CGG GCCACCATGGACGGAAGCGGCGACCT; n I SREBP2.R: GC 三][△. △丁CAGGAGGCGGCGATGGCGGTG。 Xba I 3.3-3 SREBP2基因的克隆 用KOD—Plus.Ver.2高保真性PCR反应酶扩增 SREBP2基因,PCR反应体系为:50 ng/ ̄L cDNA模 板I.2 ,10 lamol/L引物各0.6 ,25 mmo ̄L MgSO 1.2 L,2 mmol/L dNTP 2 ,10 x PCR Buffer 2 ,KOD.Plus一(1 U/ )0.4 ,用ddH2O 补齐至总反应体系20 uL;PCR程序为:95℃预变 性3 rain;95℃变性30 s,60℃退火30 s,72℃延伸 210 s,32个循环反应;72℃延伸10 min。PCR产物 经1%的琼脂糖凝胶电泳分析,其迁移率与预期一 致。胶回收符合目的大小的DNA片段,回收产物与 CloneJET PCR Cloning Kit中的pJET 1.2/blunt Cloning Vector连接,连接产物转化DH5a感受态,然 后在含有氨苄霉素的LB琼脂平板培养基上过夜培 养,挑取单克隆菌落于含有氨苄霉素的LB液体培 养基中振荡过夜培养,菌液PCR鉴定,将鉴定正确 的扩大培养,取5 mL菌液提取质粒用Kpn I/Xba I 酶切鉴定并测序,得到SREBP2基因的克隆载体 pJET-SREBP2。 3.4 pAd—SREBP2病毒重组体的构建 3.4.1 pAdTrack—CMV-SREBP2载体的构建 用 n I/Xba 1分别酶切克隆载体pJET- SREBP2和穿梭载体pAdTrack—CMV,电泳检测并 胶回收目的DNA片段,将二者回收产物用T DNA 连接酶连接,连接产物转化DH5a感受态,依次在 含有氨苄霉素的LB琼脂平板培养基和液体培养 基中培养,取5 mL菌液提取质粒用 n I/Xba I酶 切鉴定并测序,构建得到pAdTrack—CMV-SREBP2 载体。 3.4.2 pAd—SREBP2和空白对照pAd—CMV重组腺病 毒载体的构建 用Pme I限制酶分别酶切线性化SREBP2基 腺病毒介导的秦川牛固醇调节元件结合蛋白2基因(SREBP2)过表达载体的构建与鉴定 Construction and Identification of Recombinant Adenovius rVector Speciic to fQinchuan Cattle Derived SREBP2 Gene 表1实时定量PCR引物信息 Table 1 Primers for the quantitative Real-time PCR 因表达载体pAdTrack.CMV-SREBP2和空穿梭载 体pAdTrack—CMV,酶切产物分别转化含有腺病毒 骨架载体pAdEasy一1的E.coli BJ5183感受态,涂布 在含有氨苄霉素的LB琼脂平板培养皿中过夜培 养,挑取单克隆菌落振荡过夜培养,分别取5 mL 菌液提取质粒,用Pac I对重组质粒酶切鉴定并测 序验证,得到pAd SREBP2和pAd—CMV腺病毒重 组质粒,然后将重组质粒转化DH5a感受态扩繁、 保菌。 3.4.3腺病毒的包装增殖 用无内毒素质粒小量提取试剂盒分别提取重 组质粒pAd—CMV和pAd—SREBP2,各取5 g用Pac I酶切并胶回收大片段,将回收产物用 TurboFect in vitro Transfection Rengent转染融合 度为80%~90%的293A细胞,详细操作步骤参考转 染试剂使用说明书。转染24 h后,在荧光显微镜下 观察细胞形态和绿色荧光数量与分布,以后每天观 察1次,跟踪腺病毒的包装与增殖过程;转染6-8 d,一般均会出现局部绿色荧光葡萄串样聚集现象, 说明此时已有病毒形成;转染10~12 d,绿色荧光铺 满整个培养容器,大量细胞病变变圆脱壁,出现明 显的空斑,待约有50%细胞从培养容器底部脱落时 收集全部培养液与细胞至离心管中,即含有第1代 病毒的细胞悬液,将细胞悬液于一80/37℃反复冻融 并涡旋振荡2次,3 000 r/min离心5 min,收集上清 液,即为第1代病毒悬液。 用第1代病毒悬液侵染融合度约90%的293A 细胞,2~3 d后,绿色荧光铺满整个培养容器,细胞 逐渐出现病变,开始变圆脱落,待脱落50%左右,按 前述方收集和裂解细胞,离心收集病毒上清液,即 为第2代病毒悬液。然后重复“侵染一冻融 收集”等 步骤,大量增殖病毒并提高病毒滴度。用GFP标记 法测定病毒悬液的病毒滴度,具体步骤参考 Lybarger等(1996)及Hitt等(2000)。 3.5病毒有效性的鉴定 解冻复苏牛的前体脂肪细胞并在含10%胎牛 血清的DMEM/F12培养基中培养,侵染前1 d将生 长状况良好的细胞于35 mm细胞培养皿中传代培 养,待细胞生长至约90%融合度时分别加入Ad. SREBP2和Ad—CMV病毒,4 h后更换成完全培养 基,48 h后收集细胞,提取总RNA并反转录成 cDNA。 以牛的甘油醛.3一磷酸脱氢酶 (glyceraldehyde一 3一phosphate dehydrogenase, GAPDH)基因(Accession NO.NM 001034034)作为 内参,实时定量PCR检测SREBP2基因的相对表达 量,使用20 反应体系,具体反应条件等参考 SYBR ̄Premix Ex Taq 使用说明。实时定量PCR 引物信息见表1。 参考文献 Bauer S,Wanninger J,Schmidhofer S,Weigert J,Neumeier M,Dorn C,Hellerbrand C,Zimara N,Scha御er A, Aslanidis C and Buechler C,20 1 1.Sterol regulatory element—binding protein 2(SREBP2)activation after excess triglyceride storage induces chemefin in hypertrophic adipocytes.Endocrinology,152(1):26 ̄35 Bhaa S P'Nigam P,MisraA,GuleriaR,LuthraK,VaidyaM, Jain S K and Pasha M A.2011.SREBP一2 1784 G/C genotype is associated with non—alcoholic f-att)r liver diseaseinnorthIndians.DiseaseMarkers,3l(6):371-377 Brown M S and Goldstein J L.1 997.The SREBP pathway: Regulation of cholesterol metabolism by proteolysis of a membrane—bound transcription facton Cell,89(3): 331-340 Dou X B,Chen Q,Wang Y H,Dou M H and Fan C L,2010. 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