SCN5A基因L812Q突變體細(xì)胞模型的建立與細(xì)胞定位

倪　磊， 許德暉， 劉利英， 王愛英， 汪魯敏

(西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)部環(huán)境與疾病相關(guān)基因教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué)系，西安　710061； *通訊作者，E-mail：wanglumin1@mail.xjtu.edu.cn)

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SCN5A基因L812Q突變體細(xì)胞模型的建立與細(xì)胞定位

倪磊， 許德暉， 劉利英， 王愛英， 汪魯敏*

(西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)部環(huán)境與疾病相關(guān)基因教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué)系，西安710061；*通訊作者，E-mail：wanglumin1@mail.xjtu.edu.cn)

摘要：目的建立SCN5A基因L812Q突變體細(xì)胞模型，并細(xì)胞定位。 方法應(yīng)用重疊PCR的方法構(gòu)建SCN5A基因L812Q突變；以pMD19-T載體克隆SCN5A基因L812Q突變體；SCN5A-L812Q通過EcoR Ⅰ和ACC Ⅰ限制性內(nèi)切酶位點(diǎn)插入表達(dá)載體質(zhì)粒pEGFP-C1-hH1中，測(cè)序鑒定；將構(gòu)建好的pEGFP-C1-hH1-L812Q突變型質(zhì)粒、pEGFP-C1-hH1野生型質(zhì)粒瞬時(shí)轉(zhuǎn)染進(jìn)入HEK293細(xì)胞，通過免疫熒光檢測(cè)L812Q突變的細(xì)胞定位；將pEGFP-C1-hH1、pEGFP-C1-hH1-L812Q和pEGFP-C1-hH1+pEGFP-C1-hH1-L812Q分別轉(zhuǎn)染進(jìn)入HEK293細(xì)胞，用Western blot方法分析L812Q突變體的表達(dá)。結(jié)果測(cè)序結(jié)果顯示pEGFP-C1-hH1-L812Q表達(dá)載體構(gòu)建成功。熒光檢測(cè)驗(yàn)證，野生型SCN5A主要定位在細(xì)胞膜上，而突變型定位在細(xì)胞質(zhì)中。通過Western blot分析發(fā)現(xiàn)，突變型通道蛋白在細(xì)胞質(zhì)中的表達(dá)量高于野生型。結(jié)論本研究成功構(gòu)建了SCN5A基因突變載體pEGFP-C1-hH1-L812Q，證明SCN5A基因L812Q突變型主要定位在細(xì)胞質(zhì)中。

關(guān)鍵詞：Brugada綜合征；SCN5A基因；基因突變；細(xì)胞定位

Brugada綜合征是一種罕見的常染色體顯性遺傳疾病，已知致病基因包括SCN5A、GPD1L、SCN1B、SCN2B、SCN3B、RANGRF、SLMAP、KCNE3、KCNJ8、HCN4、KCNE5、KCND3、CACNA1C、CACNB2B、CACNA2D1和TRPM4[1]。其中，SCN5A不同位點(diǎn)的突變表現(xiàn)不同的臨床癥狀，既可引起B(yǎng)rugada綜合征，也可誘導(dǎo)LQTs的發(fā)生[2,3]。SCN5A定位于3p21基因，基因長(zhǎng)80 kb，含有28個(gè)外顯子，編碼2 016個(gè)氨基酸。SCN5A基因作為心臟電壓門控鈉通道的α亞基的編碼基因，其包含4個(gè)同源結(jié)構(gòu)域(Ⅰ-Ⅳ)，每個(gè)結(jié)構(gòu)域包含6個(gè)α螺旋跨膜片段(S1-S6)，S5和S6片段之間的連接環(huán)構(gòu)成通道孔區(qū)，也稱為P環(huán)，決定了離子通道的選擇通透性，S4片段含有帶正電荷的氨基酸殘基，為通道的易感器[4]。SCN5A基因的突變點(diǎn)涉及到了鈉離子通道α亞基的各個(gè)區(qū)域，并且突變位點(diǎn)與其所導(dǎo)致的通道功能異常的機(jī)制有關(guān)，主要有負(fù)顯性效應(yīng)的影響和鈉通道動(dòng)力學(xué)的改變[5,6]。

基因突變并不一定引起臨床表型的改變。本課題組的前期研究發(fā)現(xiàn),Brugada綜合征的患者攜帶有SCN5A基因L812Q新突變，為了鑒定其與功能的關(guān)系，擬構(gòu)建SCN5A基因L812Q新突變細(xì)胞模型，為功能研究奠定基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1質(zhì)粒和主要試劑

質(zhì)粒PEGFPN2-hH1和HEK293細(xì)胞由本研究室提供。正反向引物及測(cè)序引物由北京奧科生物技術(shù)公司合成。高保真熱啟動(dòng)DNA聚合酶、普通Taq DNA聚合酶、T4 DNA Ligase、PMD19-T simple Vector、EcoR Ⅰ和ACCⅠ限制性內(nèi)切酶購于日本TaKaRa公司，DNA ladder、Agarose Gel DNA Purification Kit和質(zhì)粒小提試劑盒購于北京天根生化科技公司，Anti-Calnexin購于美國Millipore公司，異硫氰酸熒光素(FITC)購于美國Sigma公司；山羊抗血清與熒光二抗(TRITC)購于中杉金橋生物技術(shù)有限公司。

1.2重疊衍生PCR擴(kuò)增SCN5A基因L812Q突變體片段

使用重疊延伸PCR方法構(gòu)建突變體。SCN5A基因的外側(cè)端引物：5′-TCAAGCAGGGAGTGAAGTTGGTGGT-3′和5′-GAAGATGAGGCAGACGAGGAGGACG-3′；L812Q突變點(diǎn)的鄰近引物：L812Q-forward 5′-CTCCTTCCGCCAGCTGCGGGTCTTC-3′和L812Q-reverse 5′-GAAGACCCGCAGCTGGCGGAAGGAG-3′。第1步PCR 以SCN5A基因的外側(cè)5′-端引物和L812Q-reverse 3′端引物擴(kuò)增SCN5A基因5′-DNA片段，片段大小為331 bp；第2步PCR以SCN5A基因的外側(cè)3′端引物和L812Q-forward 5′端引物擴(kuò)增SCN5A-CDNA片段，片段大小為1 608 bp。應(yīng)用凝膠回收前兩步PCR產(chǎn)物，第3步PCR連接5′端和3′端DNA片段，用兩外側(cè)端引物擴(kuò)增此片段，約1 915 bp。凝膠回收DNA片段，由北京奧科生物技術(shù)有限責(zé)任公司測(cè)序鑒定，備用。

1.3L812Q突變體的克隆與測(cè)序分析

將測(cè)序正確的L812Q突變體DNA片段連接到pMD19-T載體上，轉(zhuǎn)化感受態(tài)大腸桿菌，克隆并擴(kuò)增。將4 μl的L812Q突變體DNA與1 μl的pMD19-T載體在16 ℃水浴中過夜連接，取10 μl連接產(chǎn)物加入到100 μl大腸桿菌中進(jìn)行轉(zhuǎn)化，經(jīng)冰浴30 min、42 ℃熱休克90 s、LB培養(yǎng)基37 ℃孵育1 h、5 000 r/min離心3 min棄上清后將菌液懸浮鋪于含有抗性的LB培養(yǎng)基中37 ℃培養(yǎng)過夜。挑選出單克隆菌落于抗性培養(yǎng)基中37 ℃震蕩培養(yǎng)12 h后提質(zhì)粒。質(zhì)粒提取參見北京天根生化科技公司質(zhì)粒小提說明書。質(zhì)粒提取后，用EcoR Ⅰ和ACCⅠ限制性內(nèi)切酶對(duì)質(zhì)粒進(jìn)行雙酶切，瓊脂糖凝膠電泳鑒定，將酶切鑒定正確的質(zhì)粒送北京奧科生物技術(shù)有限責(zé)任公司測(cè)序，檢測(cè)突變點(diǎn)。

1.4L812Q突變體真核表達(dá)載體的連接、酶切和測(cè)序鑒定

應(yīng)用EcoRⅠ和ACCⅠ限制性內(nèi)切酶分別酶切克隆載體以及真核表達(dá)載體pEGFP-C1-hH1，將酶切產(chǎn)物進(jìn)行電泳分離后，通過凝膠回收純化試劑盒分別回收克隆載體中L812Q突變體片段和pEGFP-C1-hH1載體中的大片段進(jìn)行連接。將2.8 μl的L812Q突變片段和1 μl的pEGFP-C1-hH1于含1 μl的T4 DNA Ligase的體系中22 ℃過夜連接后進(jìn)行轉(zhuǎn)化。挑選出單克隆菌落后于抗性培養(yǎng)基中37 ℃震蕩培養(yǎng)12 h提質(zhì)粒。質(zhì)粒提取后，用EcoRⅠ和ACCⅠ限制性內(nèi)切酶雙酶切，進(jìn)行瓊脂糖凝膠電泳鑒定，將酶切鑒定正確的質(zhì)粒測(cè)序。

1.5HEK293細(xì)胞培養(yǎng)與轉(zhuǎn)染

HEK293細(xì)胞培養(yǎng)于10 %小牛血清的全培養(yǎng)基DMEM中，培養(yǎng)條件為37 ℃，5%CO2。將HEK293細(xì)胞以1×105個(gè)/ml加入于24孔培養(yǎng)板中，培養(yǎng)24 h。在轉(zhuǎn)染前1 h，將含血清培養(yǎng)基換成無血清的培養(yǎng)液。轉(zhuǎn)染分為3組：pEGFP-C1-hH1、pEGFP-C1-hH1-L812Q和pEGFP-C1-hH1+pEGFP-C1-hH1-L812Q。用50 μl無血清培養(yǎng)基稀釋0.8 μg DNA和2 μl脂質(zhì)體2000，輕輕混勻后室溫放置20 min；直接將復(fù)合物加入到細(xì)胞培養(yǎng)孔中，搖動(dòng)培養(yǎng)板，于37 ℃，5 %CO2培養(yǎng)4-6 h更換全培養(yǎng)基。

1.6Western blot分析SCN5A表達(dá)水平

按照常規(guī)的Western blot的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。電泳轉(zhuǎn)膜后，將膜正面向下放入已加入1 ml Anti-Calnexin一抗(1∶2 000)的玻璃皿中，4 ℃過夜；棄一抗，TBST洗3次，將膜正面向下放入已加入1 ml HRP(辣根過氧化物酶)標(biāo)記的二抗(1∶2 000)的玻璃皿中，搖床溫和振搖2 h；棄二抗，TBST洗3次，每次10 min；用吸水紙吸干膜上的水分，膜正面向上放在干凈的玻璃皿上。化學(xué)發(fā)光底物顯示雜交印跡，照相并分析結(jié)果。

2結(jié)果

2.1SCN5A基因L812Q突變體的擴(kuò)增與鑒定

通過重疊PCR，分別獲得了3步PCR的產(chǎn)物，瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)顯示，第1步PCR產(chǎn)物片段大小為331 bp，第2步PCR產(chǎn)物片段大小為1 608 bp，第3步PCR產(chǎn)物片段大小為1 915 bp，均與預(yù)期片段大小一致(見圖1)。測(cè)序結(jié)果表明，在SCN5A基因cDNA上2629位堿基T突變?yōu)锳，而其他序列均無改變(見圖2)。

M.DNA ladder；1.PCR產(chǎn)物圖1　三步PCR結(jié)果的電泳鑒定Figure 1　Electrophoresis identification of three-step PCR results

圖2　第三步PCR測(cè)序結(jié)果Figure 2　Sequencing of the third PCR result

2.2L812Q突變體表達(dá)載體pEGFP-C1-hH1-L812Q的構(gòu)建與鑒定

野生型SCN5A(hH1)cDNA全長(zhǎng)8.5 kb，pEGFP-C1-hH1全長(zhǎng)13.2 kb。在突變位點(diǎn)兩側(cè)即2 425位點(diǎn)和4 031位點(diǎn)各有一個(gè)酶切位點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的酶分別是EcoR Ⅰ和ACCⅠ。通過雙酶切可以看到2個(gè)片段，分別是長(zhǎng)為1.6 kb和11.6 kb(見圖3A)。應(yīng)用T4 DNA連接酶將L812Q的突變片段的1 606 bp片段與pEGFP-C1-hH1的11.6 kb片段連接起來，重組成pEGFP-C1-hH1-L812Q。野生型pEGFP-C1-hH1與重組質(zhì)粒pEGFP-C1-hH1-L812Q電泳結(jié)果一致(見圖3B)，表明突變體構(gòu)建成功。

圖3　SCN5A基因L812Q突變體表達(dá)載體的構(gòu)建與鑒定Figure 3　The construction and identification of SCN5A gene-L812Q mutant expression vector

2.3L812Q突變體蛋白質(zhì)表達(dá)和定位

在熒光顯微鏡下可見pEGFP-C1-SCN5A組及pEGFP-C1-SCN5A-L812Q組轉(zhuǎn)染的HEK293細(xì)胞均發(fā)出綠色熒光，而未轉(zhuǎn)染的HEK293細(xì)胞未見綠色熒光，表明2個(gè)表達(dá)載體構(gòu)建成功，并分別表達(dá)SCN5A和SCN5A-L812Q。野生型SCN5A蛋白定位于細(xì)胞膜，而SCN5A-L812Q主要定位于細(xì)胞質(zhì)(見圖4)。為了證明SCN5A-L812Q的細(xì)胞質(zhì)定位，應(yīng)用Western blot法鑒定SCN5A基因L812Q的細(xì)胞質(zhì)表達(dá)水平，結(jié)果顯示突變型通道蛋白在細(xì)胞質(zhì)中的表達(dá)量高于野生型(見圖5)。

圖4　pEGFP-C1-SCN5A及pEGFP-C1-SCN5A-L812Q表達(dá)蛋白的定位Figure 4　The location of expression protein of pEGFP-C1-SCN5A and pEGFP-C1-SCN5A-L812Q

1.野生型；2.雜合型；3.突變型圖5　野生型、雜合型和突變型蛋白在細(xì)胞質(zhì)的表達(dá)Figure 5　The expression of wild type, heterozygous type and mutant type protein in the cytoplasm

3討論

Brugada綜合征是由西班牙Brugada兄弟于1992年發(fā)現(xiàn)的離子通道病，以V1-V3導(dǎo)聯(lián)右束支傳導(dǎo)阻滯(RBBB)的心電圖變化和心臟性猝死為特征，常表現(xiàn)為常染色體顯性負(fù)效應(yīng)[7,8]。其遺傳背景復(fù)雜，已發(fā)現(xiàn)的相關(guān)基因多達(dá)14個(gè)，其中SCN5A基因突變與Brugada綜合征密切相關(guān)[9]。本課題組前期在一名Brugada綜合征患者基因組中篩查到SCN5A基因的新突變T2629A(L812Q)，但不清楚該突變是否與Brugada綜合征的臨床表征相關(guān)，因此，建立突變體的細(xì)胞模型是功能鑒定的基礎(chǔ)。

目前，建突變體的方法主要有以下3種方法：突變?cè)噭┖?、寡核苷酸引物介?dǎo)的定點(diǎn)誘變以及PCR法。由于PCR的方法簡(jiǎn)單，易操作，花費(fèi)省而多被實(shí)驗(yàn)室所采用。常見的PCR定點(diǎn)誘變的方法有大引物PCR、快速定點(diǎn)誘變PCR、重疊延伸PCR等，其中重疊延伸PCR因其不受突變類型和突變位置的限制，不僅可以完成單純的基因點(diǎn)突變，而且還能實(shí)現(xiàn)某一基因大片段的插入及缺失，因此應(yīng)用最為廣泛。該方法的特點(diǎn)是在待突變位點(diǎn)上(即引物包含突變位點(diǎn))和擴(kuò)增片段的上下游分別設(shè)計(jì)引物。本實(shí)驗(yàn)主要采取的是定點(diǎn)突變中重疊延伸PCR的方法。由于T載體上缺少內(nèi)切酶切點(diǎn)，因此在上下游引物上設(shè)計(jì)了EcoRⅠ和ACCⅠ的切點(diǎn)。經(jīng)過三步PCR獲得突變體的DNA片段，將其插入T載體進(jìn)行擴(kuò)增，其后通過雙酶切獲得突變體片段插入表達(dá)載體。測(cè)序結(jié)果提示SCN5A cDNA 2629位點(diǎn)堿基T變?yōu)锳，氨基酸第812位密碼子由甘氨酸變?yōu)楣劝滨０?，即L812Q突變，除該位點(diǎn)外其余位點(diǎn)無堿基變化，證明定點(diǎn)突變過程成功。

HEK293細(xì)胞其內(nèi)源性電壓門控通道不包括INa電流，所以采用了HEK293細(xì)胞作為表達(dá)體系。本實(shí)驗(yàn)主要運(yùn)用陽離子脂質(zhì)體法分別將pEGFP-C1-hH1和pEGFP-C1-hH1-L812Q轉(zhuǎn)染HEK293細(xì)胞。由于pEGFP綠色熒光蛋白和SCN5A基因所編碼的鈉離子通道蛋白是融合表達(dá)的，因此通過熒光顯微鏡便可以觀察到轉(zhuǎn)染是否成功和轉(zhuǎn)染的效率。本結(jié)果表明，野生型SCN5A蛋白定位于細(xì)胞膜，而SCN5A-L812Q主要定位于細(xì)胞質(zhì)。Western blot法進(jìn)一步證明基因L812Q的細(xì)胞質(zhì)表達(dá)水平高于野生型，提示是L812Q突變所表達(dá)的缺陷hH1蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成后，不能被進(jìn)一步加工并轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞膜上，而是滯留于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，減少了細(xì)胞膜上有功能的離子通道，使膜轉(zhuǎn)運(yùn)功能不足，進(jìn)而使INa通道電流減少，心內(nèi)外膜的負(fù)極化過程發(fā)生改變，引發(fā)Brugada綜合征。

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基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金-中加合作項(xiàng)目(81161120549)；西安交通大學(xué)生物醫(yī)學(xué)共享平臺(tái)建設(shè)資助項(xiàng)目(2015FWPT-14)

作者簡(jiǎn)介：倪磊，女，1965-11生，本科，實(shí)驗(yàn)師，E-mail：nilei@xjtu.edu.cn

收稿日期：2016-05-12

中圖分類號(hào)：R596.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1007-6611(2016)07-0585-04

DOI：10.13753/j.issn.1007-6611.2016.07.001

Construction of cell model of the SCN5A gene-L812Q mutation and its celluar localization

NI Lei, XU Dehui, LIU Liying, WANG Aiying, WANG Lumin*

(KeyLaboratoryofEnvironmentandGenesRelatedtoDiseases,MinistryofEducation,DepartmentofCellBiologyandGenetics,Xi’anJiaotongUniversityCollegeofMedicine,Xi’an710061,China;*Correspondingauthor,E-mail:wanglumin1@mail.xjtu.edu.cn)

Abstract：ObjectiveTo establish the cell model of the SCN5A gene-L812Q mutation and to explore its cell localization.MethodsThe overlapping derivative PCR was used to construct the L812Q mutation of SCN5A gene, and the L812Q of SCN5A gene was cloned into pMD19-T simple vector. Furthermore,L812Q was inserted into the pEGFP-C1-hH1 vector between the EcoR Ⅰ and ACC Ⅰ restriction enzyme sites and then verified by sequencing. The pEGFP-C1-hH1-L812Q and pEGFP-C1-hH1 vector were transfected into HEK293 cells respectively, the cell location of L812Q mutation was verified using immunofluorescence assay. The pEGFP-C1-hH1, pEGFP-C1-hH1-L812Q and pEGFP-C1-hH1+pEGFP-C1-hH1- L812Q vector were transfected into HEK293 cells respectively, and then the expression of L812Q was determined by Western blot.ResultsThe pEGFP-C1-hH1-L812Q expression vector was successfully constructed. Wild type SCN5A was mainly located on the cell membrane and mutant type SCN5A was located in the cytoplasm. Western blot results showed that the expression level of L812Q mutation was higher than that of wild type in cytoplasm.ConclusionThe pEGFP-C1-hH1-L812Q expression vector is successfully constructed. The L812Q mutant type of SCN5A gene is located in the cytoplasm.

Key words:Brugada syndrome;SCN5A gene;gene mutation;celluar localization