技术领域
本发明属生物医学领域,特别涉及含人过氧化氢酶(hCAT)基因重组腺病毒表达载体pAd/CMV/V5-DEST-hCAT、重组腺病毒及其过氧化氢酶活性的测定。
背景技术
氧化应激是指机体内高活性分子如活性氧簇(ROS)和活性氮簇(RNS)产生过多或抗氧化能力低下,从而导致组织和细胞的损伤。越来越多的资料显示氧化应激与许多肿瘤和自身免疫性疾病发生和发展有着密切关联性。人体内存在一类重要的抗氧化酶体系,它们在对抗氧化应激引起的疾病中发挥着重要的作用。过氧化氢酶(CAT)就是人体内一类非常重要的抗氧化物酶,它是人体内H202重要的清除剂,主要分布在过氧化物酶体中。目前已有许多证据表明CAT具有很强的抗急性氧化损伤的功能。
基因治疗是指将人的正常基因或有治疗作用的基因,通过一定方式导入人体细胞,以纠正基因的缺陷或者发挥治疗作用,从而达到治疗疾病的目的。基因治疗为恶性肿瘤、心血管疾病、遗传病和艾滋病等严重威胁人类健康的疾病提供了治疗的可能。基因治疗中常用的载体有病毒载体和非病毒载体。病毒载体主要包括慢病毒载体、逆转录病毒载体、腺病毒载体等。腺病毒载体由于其具有宿主细胞广泛、可感染静止及分裂期细胞、繁殖滴度高、性质稳定、包装容量大及不整合等优点,而被广泛应用的在基因治疗中,尤其是用于体内基因治疗研究。由于腺病毒载体在哺乳动物及其多种细胞上进行基因转移和蛋白质表达的高效性,使其在基因治疗的研究中受到人们的青睐,成为当今使用最多的病毒载体之一。从上世纪九十年代以来,报道的1000多种基因治疗的临床方案中,约26%是用腺病毒作为基因治疗的载体。
发明内容
本发明的一个目的是构建含人过氧化氢酶基因重组腺病毒表达载体,并提供一种表达hCAT的重组腺病毒,该重组腺病毒可用于体内基因治疗方面的研究,为因氧化应激所引发的各种恶性肿瘤、心血管疾病、各种免疫缺陷性等疾病的基因治疗提供了的一种新颖的技术。
本发明所提供的含人过氧化氢酶(hCAT)基因重组腺病毒表达载体,是将hCAT基因依次插入pcDNA3.1+、入门载体pENTR1A,再利用体外重组技术体外重组p ENTR1A-CAT和pAd/CMV/V5-DEST,得到含hCAT基因的重组腺病毒表达载体。
在hCAT基因的5’端含有kozak序列(ACCATGG),该载体能够在真核细胞中表达;hCAT基因的3’端去掉终止密码,含有V5表位标签,使其在蛋白质表达时与hCAT形成融合蛋白。
所述含hCAT基因的重组腺病毒表达载体是利用通路克隆系统,使hCAT基因先插入入门载体pENTR1A中,利用入门载体和腺病毒pAd/CMV/V5-DEST载体的同源序列,使其体外重组,得到pAd/CMV/V5-DEST-hCAT重组腺病毒表达载体。
所述pAd/CMV/V5-DEST-CAT是E1、E3区缺失的复制缺陷5型腺病毒表达载体。
本发明的另一个目的是提供一种表达hCAT的重组腺病毒。
本发明所提供的一种含hCAT基因重组腺病毒,该病毒是通过含hCAT基因重组腺病毒表达载体转染人胚肾293A细胞得到的。
所述表达含hCAT基因重组腺病毒是通过脂质体介导法转染人胚肾293A细胞得到的。
所述人胚肾293A细胞提供反式补偿,使得缺失E1元件的病毒可以在该细胞中复制和扩增。
所述含hCAT基因重组腺病毒中所含的过氧化氢酶的活性测定是利用240nm紫外光吸收法进行的。
本发明构建含人过氧化氢酶基因重组腺病毒表达载体,并提供一种高表达含hCAT基因的重组腺病毒,为将来进一步探究一些肿瘤和自身免疫性等疾病的发病机理,并为这些病的临床诊断和治疗提供一种新颖基因治疗方法。本发明为研究人过氧化氢酶基因在基因治疗中的作用奠定了基础,同时为进一揭示氧化应激在一些疾病发生发展中的作用机制和对一些疾病的基因治疗的研究打下了坚实的基础。
下面结合附图对本发明做进一步详细说明
附图说明
图1是DNA凝胶电泳图显示RT-PCR的结果。
图2是pcDNA3.1+质粒和质粒酶切后的DNA凝胶电泳图。
图3是pENTR1A-CAT质粒经酶切后的DNA凝胶电泳图。
图4是Ad-hCAT毒液转染293A细胞7天后的细胞形态图(10×)。
图5是Western blot检测重组腺病毒转染的293A细胞中CAT的表达。
图6是重组腺病毒Ad-hCAT过氧化氢酶活性测定曲线图。
具体实施方式
下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法,具体步骤可参见:《molecular cloning:a laboratory manual》
所用主要试剂、载体和菌株均购于Invitrogen等公司。引物合成及DNA序列测定均由由北京奥科生物技术有限责任公司完成。
一、构建含人CAT基因重组腺病毒质粒载体pAd/CMV/V5-DEST-hCAT
(一).人CAT全长基因片段的获得
1.从人血中分离白细胞,按RNA agent Total RNA isolation system试剂盒说明书指导提取总RNA。
2.反转录成cDNA反应体系包括:5×逆转录buffer 4μl,逆转录酶(200U/μl)1μl,dNTPs(10mmol)0.5μl,上游引物0.4μl,下游引物0.4μl,DEPC水9.7μl,RNA模板4μl,总体积20μl;反应条件:37℃ 1h,95℃ 3min。
3.根据GenBank公布的人CAT(NM 001752)序列设计并合成引物,引物序列如下:
正向引物P1:5′-AAAGGTACCGCTATGGCTGACAGCC-3′包含酶切位点Kpn反向引物P2:5′-TTTGATATCCAGATTTGCCTTCTCC-3′包含了酶切位点EcoR V。利用该引物扩增时,能够使hCAT基因的5’端含有kozak序列(ACCATGG),使得该载体能够在真核细胞中表达,同时在hCAT基因的3’端去掉终止密码,使得hCAT基因与V5表位标签基因融合,使其在蛋白质表达时形成融合蛋白。
4.hCAT基因片段的获得:以上述第2步获得的cDNA产物为模板,P1和P2为引物扩增hCAT全长基因片段。反应体系包括:5×定量PCR buffer 10μl,Taq酶(3U/μl)1μl,hCAT上游引物1.0μl,下游引物1.0μl,dNTP1μl,灭菌水30μl,cDNA模板5μl,总体积50μl;加入不同反应管中,在PCR仪进行扩增;反应条件:94℃3min;94℃45s,56℃30s,72℃90s,35个循环;72℃5min。结果图1显示所扩增出片段大小与预期1585bp大小相符。
(二).含目的基因hCAT的pcDNA3.1+-hCAT的构建
1.酶切CAT基因片段和pCDNA3.1+空载体,反应体系(CAT基因片段/pcDNA3.1+载体各15μg,10×K buffer5μl,3μl Kpn I,3μl EcoR V,10μl 10×BSA,适量水dd H2O,总体积100μl。
2.胶回收酶切过的目的片段和空载体
3.用T4DNA连接酶连接酶切过的目的片段和空载体,用连接液转化DH5a感受态细胞
4.在含100ug/μl氨苄青霉素的LB琼脂糖平板中筛选克隆,挑取单克隆克隆后酶切鉴定。
结果如图2所示pcDNA3.1+-CAT阳性质粒经Kpn I和EcoR V双酶切后,释放出1586bp目的基因片段和5385bp的空载体片段,可以确定目的基因已经连接到该载体上。送出测序,序列正确。
下面通过通路克隆系统,使hCAT基因先插入入门载体pENTR1A中,利用入门载体和腺病毒pAd/CMV/V5-DEST载体的同源序列,使其体外重组,得到pAd/CMV/V5-DEST-hCAT重组腺病毒表达载体。具体实施过程如下:
(三).含目的基因hCAT的入门载体pENTR 1A-hCAT的构建
1.用Kpn I和EcoR V同时消化pcDNA3.1+-hCAT和入门空载体pENTR 1A。
2.胶回收从pcDNA3.1+-hCAT酶切释放出的序列正确的-hCAT基因片段,及酶切过的入门空载体pENTR 1A。
3.用T4DNA连接酶连接hCAT基因片段和空载体pENTR 1A,用连接液转化DH5a感受态细胞。
4.在含50ug/μl卡那霉素的LB琼脂糖平板中筛选挑取单克隆,提取质粒,分别用Kpn I和EcoR V与EcoR V和SalI两对酶对待鉴定的质粒进行酶切鉴定。
结果如图3显示:pENTR1A-CAT阳性质粒经Kpn I和EcoR V双酶切后释放出1586bp目的基因片段和2253bp的空载体片段,说明目的基因成功地连接到入门载体上;pENTR1A-CAT阳性质粒经Sal1和EcoR V双酶切后,Sal1的酶切位点在载体上,而EcoR V位点是目的基因连接位点,pENTR1A-CAT阳性质粒经Kpn I和EcoR V双酶切所释放出片段大小与经Sal1和EcoR V双酶切释放的片段之差十几个碱基,电泳结果几乎相同,显示目的基因插入的方向是正确的。即得到载体pENTR 1A-hCAT。
(四).含hCAT基因重组腺病毒载体pAd/CMV/V5-DEST-hCAT的构建
本实施例所用的腺病毒的空载体pAd/CMV/V5-DEST是E1、E3区缺失的复制缺陷5型腺病毒表达载体。
1.按照体外重组试剂盒LR clonase II Enzyme mix实验指导,对含目的基因的载体pENTR 1A-hCAT和腺病毒空载体pAd/CMV/V5-DEST进行体外同源重组实验,反应体系(150ng pENTR 1A-hCAT,300ngpAd/CMV/V5-DEST,4μl TE buffer pH8.0,2μl LR Clonase II enzyme mix),25℃孵育18小时。
2.用上述反应液全部转化TOP10感受态细胞。
3.阳性克隆的筛选和鉴定:在含100ug/μl氨苄青霉素的LB琼脂糖平板上随机挑取克隆,然后在含100ug/μl氨苄青霉素的SOC培养基中增殖细菌,后接种到含氯霉素的琼脂糖平板中,二次筛选,选出的阳性克隆,经DNA序列测定,确定hCAT全长基因以正确的序列,整合到腺病毒pAd/CMV/V5-DEST的正确位置中,从而得到含hCAT基因重组腺病毒载体pAd/CMV/V5-DEST-hCAT。
二、脂质体介导重组腺病毒质粒pAd/CMV/V5-DEST-hCAT转染人胚肾293A细胞进行病毒包装、扩增和滴度测定
本实施例中通过人胚肾293A细胞提供反式补偿,使得腺病毒的空载体pAd/CMV/V5-DEST所缺失E1元件的病毒可以在该细胞中复制和扩增。
(一)、脂质体介导重组腺病毒质粒pAd/CMV/V5-DEST-hCAT转染人胚肾293A细胞进行病毒包装
1.转染前一天,用胰酶消化293A细胞,并对其进行细胞计数,然后把细胞种入6孔板中,每孔种5×105个细胞,加入2ml含10%胎牛血清的完全培养基;
2.转染当天,移去旧培养基,加入1.5ml新鲜的含10%胎牛血清的完全培养基,并准备DNA和脂质体的混合物;
3.取1ug线性化的pAd/CMV/V5-DEST-hCAT/pAd/CMV/V5-LacZ,用不含血清的培养基稀释到250μl,轻轻混匀,备用;
4.取3μl脂质体2000,与247μl的不含血清的培养基轻轻混匀,室温下孵育5分钟,备用;
5.稀释好的DNA和脂质体轻轻混匀,然后瞬时离心,室温下温育20分钟;
把DNA和脂质体的混合物加入到6孔板中,十字轻轻晃动,注意不要破坏单层细胞,然后放入到37℃,5%CO2的细胞培养箱中,孵育过夜;
6.转染第二天早上,换新鲜的含10%胎牛血清的完全培养基进行培养;
7.转染48小时后胰酶消化转移到100mm培养皿中培养;
8.6-10天后细胞出现病变(cytopathic effect,CPE),即细胞开始聚集并且从平皿上脱落,结果如图4所示。
9.把培养液和细胞收集在15cm无菌离心管中,-80℃和37℃之间反复冻融两次,3000rpm离心15min,去除细胞碎片,将包装好的腺病毒液进行分装,冻存于--80℃备用。
(二).第一代腺病毒感染滴度测定(TCID50法)
收集293A细胞,用含2%胎牛血清的高糖DMEM培养液稀释细胞,使其浓度为1X105/mL,取两个96孔板,每孔分别加入100ul细胞悬液,置37,5%CO2培养箱中培养24h,取Ad-hCAT毒液100ul稀释于990ul的培养液(2%胎牛血清的DMEM)中(102倍稀释),混均后,取200ul稀释于1.8mL培养液中(103倍稀释),如此进行系列稀释,直至1010倍稀释。向96孔板每排前10个孔加入100ul稀释好的病毒液,A排-G排孔的病毒稀释度依次为103,104,105-1010倍。每排孔的病毒稀释倍数相同。向各排孔加入毒液时,要从高稀释倍数开始,余孔加100ul培养液作阴性对照。将2各96孔板置37℃,5%CO2培养箱中培养10天。10天后,在显微镜下计数每排发生CPE孔数的比例,带入公式:T=101+d(s-0.5)TCID50/mL(T滴度,D=Log稀释倍数,s=阳性比例的总和),将TCID50/mL转化为PFU/mL的公式为:TCID50/mL=1X10-0.7PFU/mL。最后测得收获的重组腺病毒Ad-hCAT的滴度为l即6.3×107pfu/ml.
(三)、重组腺病毒的扩增
1.转染前一天,在75mm2培养瓶中加入10ml 5%DMEM低糖培养基含3×106个293细胞。
2.取0.5ml首次扩增的病毒保存液,加入DMEM5%至1ml,混匀,这样稀释得到的MOI值为5。
3.移去培养液,小心加入病毒混合液,切勿破坏细胞单层,十字形慢慢晃动3次,37℃CO2孵箱中培养90分钟。
4.加入9ml DMEM5%,再培养48小时,这时在10ml溶液中大有5×109~5×1010个病毒颗粒,
5.收集培养液和细胞于15cm无菌离心管中,-80℃和37℃反复冻融3次。
6.台式离心机上3000rpm离心10分钟,收集上清冻存于-80℃备用。
三、测定重组腺病毒Ad-hCAT过氧化氢酶的活性及表达情况
含hCAT基因重组腺病毒中所含的过氧化氢酶的活性测定是利用240nm紫外光吸收法进行的,具体过程如下:
(一).测定重组腺病毒Ad-hCAT过氧化氢酶的活性
在100mm培养皿中种5×105个293A细胞,用100μl的病毒液感染细胞,24h后收集细胞,PBS洗2次。500μl PBS重悬。冰上用100%功率超声破碎细胞15min,得三组细胞裂解液即:正常对照组细胞裂解液、pAd/CMV/V5-LacZ感染组细胞裂解液和pAd/CMV/V5-DEST-CAT感染组细胞裂解液。每组取3个5ml的试管,标记为S1,S2(S1和S2是两个平行的实验组)和S0,分别加入的成分为S1(0.2ml细胞裂解液,1.5mlpH7.8磷酸,1.0ml蒸馏水),S2(0.2ml细胞裂解液,1.5mlpH7.8磷酸,1.0ml蒸馏水),S0(0.2ml煮沸细胞裂解液,1.5ml pH7.8磷酸,1.0ml蒸馏水),每加一管立刻计时,并迅速倒入到石英比色皿中,在紫外分光光度计上测定各试管在240nm下的光吸收值,每隔1min读数1次,共测4min。重复测定3次。最后依据公式ΔA240=AS0-(AS1+AS2)/2的值,绘制曲线用以比较不同方式处理的试管中CAT活性的大小,利用t-test检验测试组和对照组数据之间的显著性差异。
结果如图6所示。图6中A曲线代表用pAd/CMV/V5-DEST-CAT病毒感染293A细胞24小时,其细胞蛋白提取液在1至4分钟反应中过氧化氢酶活性的变化;B曲线代表用pAd/CMV/V5-LacZ感染293A细胞24小时,其细胞蛋白提取液在1至4分钟反应中过氧化氢酶活性的变化;C曲线代表用PBS感染293A细胞24小时,其细胞蛋白提取液在1至4分钟反应中过氧化氢酶活性的变化。
其中B和C曲线显示,随反应时间的延长ΔA240值均趋于不变,且B和C两组之间CAT酶活性没有显著性差异(p>0.05),其CAT酶的活性只是细胞本身具有的该酶的活性。而A曲线显示ΔA240值随反应时间的延长而增加,且A与C两组之间CAT酶活性具有显著性差异(p=0.001,p<0.05),说明被Ad-CAT重组腺病毒感染的293A细胞裂解液中,含有较强的CAT酶的活性,而活性增高显然来自于被Ad-CAT重组腺病毒感染过293A细胞中,CAT基因在蛋白质水平上的高表达。
(二)、Western blotting鉴定蛋白水平hCAT的表达
用RIPA蛋白提取试剂盒提取经重组腺病毒pAd/CMV/V5-DEST-hCAT感染293A细胞的蛋白,用BCA法定量蛋白,进行免疫印迹实验。即以10%的SDS聚丙稀酰胺凝胶分离蛋白质,再将蛋白转移到polyscreen PVDF膜上,将PVDF膜浸在含0.1%Tween-20的PBS(简称TBS液)中1h。然后将膜放入初级抗体溶液中,在4℃下过夜孵育;将膜用TBS液洗两次后,再在二级抗体液中培养1.5h后,用TBS洗3次。用ECL检测试剂盒检测CAT蛋白条带的免疫强度,并用ChemiImager成像系统采集实验结果所得的图象,再用相关的软件对图象中的免疫强度进行分析。结果如图5所示:道1:pAd/CMV/V5-DEST-CAT感染24小时的细胞蛋白提取液,道2:pAd/CMV/V5-LacZ感染24小时的细胞蛋白提取液,道3:PBS感染24小时的细胞蛋白提取液。与道2和3中所显示的hCAT蛋白免疫强度相比较,道1即用含目的基因CAT的pAd/CMV/V5-DEST-hCAT病毒感染293A细胞后,其hCAT蛋白在该细胞中得到了高水平的表达。