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    基于GFP/SCL-tTA/Bcr-abl轉(zhuǎn)基因小鼠建立CML嵌合小鼠模型

    2016-09-14 08:08:02廖芬芳陳永恒吳清清程琳周曉明王偉章廣東藥科大學(xué)基礎(chǔ)學(xué)院廣東省生物活性藥物研究重點實驗室廣東廣州510006
    廣東藥科大學(xué)學(xué)報 2016年4期
    關(guān)鍵詞:脾臟轉(zhuǎn)基因白血病

    廖芬芳,陳永恒,吳清清,程琳,周曉明,王偉章(廣東藥科大學(xué)基礎(chǔ)學(xué)院/廣東省生物活性藥物研究重點實驗室,廣東廣州510006)

    基于GFP/SCL-tTA/Bcr-abl轉(zhuǎn)基因小鼠建立CML嵌合小鼠模型

    廖芬芳,陳永恒,吳清清,程琳,周曉明,王偉章
    (廣東藥科大學(xué)基礎(chǔ)學(xué)院/廣東省生物活性藥物研究重點實驗室,廣東廣州510006)

    目的建立慢性粒細胞白血病(CML)的轉(zhuǎn)基因嵌合小鼠模型,為靶向白血病干細胞(LSCs)治療CML的研究提供良好的動物模型。方法 將Bcr-abl轉(zhuǎn)基因小鼠與SCL-tTA轉(zhuǎn)基因小鼠進行雜交,子代小鼠再與GFP轉(zhuǎn)基因小鼠雜交,PCR鑒定Bcr-abl、tTA和GFP基因三陽性的小鼠(GFP/SCL-tTA/Bcr-abl小鼠)。通過誘導(dǎo)GFP/SCL-tTA/Bcr-abl小鼠Bcr-abl基因表達4周后,取其骨髓白細胞移植至經(jīng)致死劑量(900 cGy)輻照的FVB/N野生型小鼠。移植3周后,采用Western blotting檢測Bcr-abl蛋白表達,流式細胞術(shù)檢測小鼠外周血GFP+中性粒細胞的比例以及脾臟和骨髓GFP+LSCs的比例。結(jié)果 PCR結(jié)果顯示,GFP/SCL-tTA/Bcr-abl小鼠骨髓細胞成功植入FVB/N受體小鼠;Western blotting檢測結(jié)果顯示,移植小鼠的骨髓細胞中表達Bcr-abl蛋白;流式細胞術(shù)結(jié)果顯示,移植小鼠的外周血GFP+中性粒細胞比例以及脾臟和骨髓GFP+LSCs的比例明顯升高。結(jié)論 成功建立了GFP/SCL-tTA/Bcr-abl轉(zhuǎn)基因CML嵌合小鼠模型。

    慢性粒細胞白血??;轉(zhuǎn)基因小鼠;Bcr-abl

    慢性粒細胞白血?。╟hronic myeloid leukemia,CML)是一種起源于白血病干細胞(leukemia stem cells,LSCs)并嚴重威脅人類健康的惡性增殖性血液腫瘤。由于超過95%的CML患者均存在因染色體易位而產(chǎn)生的Bcr-abl融合基因,因此,Bcr-abl融合基因被公認為是CML發(fā)病的分子基礎(chǔ)[1]。當(dāng)前,盡管CML一線臨床用藥特異性針對Bcr-abl蛋白的酪氨酸激酶抑制劑如格列衛(wèi)等能有效緩解CML[2],但由于LSCs不依賴Bcr-abl的蛋白激酶活性存活[3],導(dǎo)致酪氨酸激酶抑制劑不能徹底清除LSCs而無法治愈CML。因此,探索與LSCs生存和自我更新等重要生物學(xué)功能密切相關(guān)的特異性分子,闡明其分子作用機制,以及研發(fā)相應(yīng)藥物對于清除LSCs進而根治CML具有極其重要的臨床意義。然而,由于當(dāng)前我國缺乏適用于LSCs研究的CML動物模型,使得我國在CML的致病機理研究以及針對LSCs治療CML的藥物研發(fā)方面遠遠落后于國際水平。因此,本研究從南京生物模式研究院分別購入Bcr-abl、SCL-tTA和GFP轉(zhuǎn)基因小鼠,通過雜交的方法獲得GFP/SCL-tTA/Bcr-abl三轉(zhuǎn)基因小鼠;然后,通過將其骨髓細胞移植至經(jīng)致死劑量輻照的FVB/N野生型小鼠,建立可追蹤的、發(fā)病時間和程度相似的CML嵌合小鼠模型,為我國在以LSCs為靶點治療CML的藥物研發(fā)與機制研究方面奠定基礎(chǔ)。

    1 材料與方法

    1.1材料

    1.1.1實驗動物 SPF級FVB.Cg-Tg(Tal1-tTA)轉(zhuǎn)基因小鼠(以下簡稱SCL-tTA小鼠),雄性1只,雌性2只;FVB/N-Tg(tetO-BCR-ABL1)轉(zhuǎn)基因小鼠(以下簡稱 Bcr-abl小鼠),雄性 1只,雌性 2只;C57BL/6-Tg(CAG-GFP)轉(zhuǎn)基因小鼠(以下簡稱GFP小鼠),雄性1只,雌性2只;FVB/N野生型小鼠,雄性2只,雌性3只,體質(zhì)量18~22 g,4~8周齡,均購于南京生物模式研究院,動物合格證號:201400371 (SCL-tTA 小鼠)、2014000146(Bcr-abl小鼠)、201501174(GFP小鼠)。所有動物均飼養(yǎng)于廣東藥學(xué)院實驗動物中心SPF級飼養(yǎng)室[SYXK(粵)2012-0125]。

    1.1.2主要儀器 PCR儀(美國ABI公司);凝膠成像儀(美國Bio-Rad公司);BD FACSalibur流式細胞儀(美國BD公司)。

    1.1.3主要試劑 DNA提取試劑盒(北京天根公司);Taq預(yù)混PCR酶(美國Promega公司);DL2000 DNA marker(日本TaKaRa公司);多西環(huán)素(美國TOKU-E公司);抗鼠流式抗體LY6G-PE、C-Kit-PE 和Sca-1-APC(美國eBioscience公司);CD11b-APC抗體(美國Biolegend公司);Lin-PerCP-CY5.5抗體(美國BD公司);c-abl抗體(美國CST公司);βactin抗體(武漢博士德公司)。

    1.2方法

    1.2.1子代小鼠的正常繁殖培養(yǎng) 3種單轉(zhuǎn)基因小鼠和野生型小鼠自交繁殖,飼養(yǎng)于SPF環(huán)境,喂食標(biāo)準飼料和飲用無菌水,每天光照12 h。

    1.2.2子代小鼠的雜交繁殖培養(yǎng) SCL-tTA和Bcrabl轉(zhuǎn)基因小鼠雜交所得子代鼠進行DNA鑒別,篩選出SCL-tTA/Bcr-abl雙轉(zhuǎn)小鼠。雙轉(zhuǎn)小鼠和GFP轉(zhuǎn)基因小鼠雜交并進行DNA鑒別,篩選出GFP/ SCL-tTA/Bcr-abl三轉(zhuǎn)小鼠。雙/三轉(zhuǎn)小鼠自親代合籠交配即日起持續(xù)給予含多西環(huán)素(20 mg/L)的飲用水。三轉(zhuǎn)小鼠達5周齡后撤去多西環(huán)素4周誘導(dǎo)表達Bcr-abl融合蛋白。

    1.2.3PCR檢測小鼠GFP、SCL-tTA和Bcr-abl基因 PCR篩選出SCL-tTA/Bcr-abl小鼠,再將其與GFP小鼠雜交,PCR檢測獲得 GFP/SCL-tTA/Bcrabl三轉(zhuǎn)基因小鼠。雜交子代小鼠達到3周齡以及FVB/N小鼠接受移植3周后,剪鼠尾約0.5 cm,使用DNA提取試劑盒按說明書步驟提取小鼠DNA。

    鑒定所需引物序列均由南京生物模式研究院提供,由上海英濰捷基生物有限公司合成。引物序列見表1。

    PCR反應(yīng)體系為:PCR預(yù)混液 12.5 μL,10 μmol/L上游引物1 μL,10 μmol/L下游引物1 μL,模板DNA10 ng,加ddH2O至25.0 μL。PCR反應(yīng)條件:94℃ 預(yù)變性3 min;94℃ 變性30 s,65℃退火1 min,72℃延伸1 min,共35個循環(huán);72℃終延伸5 min;10℃保存2 h。1.5%瓊脂糖凝膠電泳鑒定PCR擴增產(chǎn)物,采用凝膠成像儀進行分析。

    表1 PCR檢測的3種基因的基因序列及長度Table 1 Primer sequences and product length of three genes detected by PCR

    1.2.4小鼠骨髓移植 撤去多西環(huán)素誘導(dǎo)GFP/ SCL-tTA/Bcr-abl小鼠誘導(dǎo)Bcr-abl融合蛋白表達4周后,處死小鼠并取其股骨,分離骨髓,裂解紅細胞后得到白細胞,RPMI1640洗一遍后重懸,調(diào)整密度為1×107/mL。另取6~8周齡的FVB/N小鼠經(jīng)致死劑量(900 cGy)X射線輻照破壞其造血系統(tǒng)作為受體小鼠備用,24 h內(nèi)將上述白細胞按2×106/只移植到受體小鼠中。

    1.2.5Western blotting檢測Bcr-abl融合蛋白 收集嵌合小鼠骨髓白細胞(1×106個),加入100 μL蛋白裂解液,裂解15 min,12 000 r/min離心10 min。取上清,加入5×蛋白loading buffer,置于沸水中煮10 min后上樣。樣品經(jīng)8%(ρ)聚丙烯酰胺凝膠電泳分離,電轉(zhuǎn)移蛋白質(zhì)至聚偏二氟乙烯(PVDF)膜,室溫條件下5%脫脂奶粉封閉2 h,加入含5%BSA稀釋液稀釋的Bcr-abl(1∶1 000)、β-actin抗體(1∶2 000),4℃孵育過夜,加入辣根過氧化物酶(HRP)標(biāo)記的二抗(1∶5 000)室溫孵育1 h。洗膜后用ECL solution顯色,顯影、定影后掃描結(jié)果。

    1.2.6嵌合小鼠腿骨及脾臟組織形態(tài)學(xué)檢查

    FVB/N小鼠接受移植3周后,處死并解剖取腿骨及脾臟,觀察脾臟情況并稱質(zhì)量;制作石蠟切片并進行HE染色,觀察腿骨及脾臟結(jié)構(gòu)和白細胞浸潤情況。1.2.7 流式細胞儀檢測嵌合小鼠GFP+中性粒細胞和GFP+LSCs比例 收集小鼠外周血、脾臟和骨髓,加紅細胞裂解液處理后,分離獲得總白細胞,制成單細胞懸液,每份5×105細胞。根據(jù)需要加入相應(yīng)的流式抗體孵育,調(diào)整細胞數(shù)為1×106個細胞/mL,然后上流式細胞儀進行檢測。中性粒細胞標(biāo)記抗體是:CD11b-APC和Ly6G-PE,LSCs標(biāo)記抗體是:Lin-Percp-5.5、c-Kit-PE及Sca-1-APC。

    1.2.8統(tǒng)計分析 采用Graph Prism5.0軟件包,實驗數(shù)據(jù)用表示,采用t檢驗,P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

    2 結(jié)果

    2.1PCR鑒定GFP/SCL-tTA/Bcr-abl嵌合小鼠

    圖1結(jié)果顯示:子代小鼠中同一小鼠能同時檢測到GFP、SCL-tTA和Bcr-abl基因,表明GFP/SCL-tTA/Bcr-abl小鼠雜交成功。

    圖1 PCR鑒定GFP/SCL-tTA/Bcr-abl三轉(zhuǎn)基因小鼠Figure 1 Identification of GFP/SCL-tTA/Bcr-abl mice by PCR

    圖2結(jié)果顯示:將GFP/SCL-tTA/Bcr-abl小鼠骨髓白細胞經(jīng)尾靜脈注射移植給FVB/N受體小鼠。3周后PCR檢測移植后受體鼠同時表達GFP、SCL-tTA、Bcr-abl,則表明供體細胞已經(jīng)植入FVB/N受體小鼠,即為GFP/SCL-tTA/Bcr-abl嵌合小鼠。

    圖2 PCR檢測移植小鼠的GFP、tTA和Bcr-abl基因Figure 2 Expression of GFP,tTA and Bcr-abl genes detected by PCR

    2.2Western blotting檢測嵌合小鼠Bcr-abl蛋白的表達

    取GFP/SCL-tTA/Bcr-abl嵌合小鼠的骨髓白細胞提取蛋白質(zhì),通過Western blotting檢測Bcr-abl蛋白的表達。結(jié)果如圖3所示,嵌合小鼠骨髓白細胞中表達Bcr-abl蛋白。

    圖3 Western blotting檢測Bcr-abl蛋白的表達Figure 3 Expression of Bcr-abl protein detected by western blotting

    2.3流式細胞術(shù)檢測嵌合小鼠GFP+中性粒細胞和GFP+LSCSs比例

    取嵌合小鼠骨髓、脾臟和外周血白細胞,流式細胞儀檢測外周血GFP+中性粒細胞(GFP+CD11b+Ly6G+)以及脾臟和骨髓GFP+LSCs(GFP+Lin-Sca1 +c-Kit+,GFP+LSK)的比例。結(jié)果顯示,移植小鼠GFP+中性粒細胞在外周血中的比例與GFP小鼠相比顯著升高(從12.6%升高至63.4%,圖4);移植小鼠GFP+LSCs在脾臟和骨髓中的比例與GFP小鼠相比同樣顯著增高(脾臟:從0.01%升高至0.15%;骨髓:從0.12%升高至0.18%,圖5)。

    2.4嵌合小鼠腿骨及脾臟組織形態(tài)結(jié)構(gòu)分析

    與GFP小鼠脾臟相比,嵌合小鼠出現(xiàn)了明顯的脾腫大,脾臟質(zhì)量顯著增加(P<0.01,圖6);HE染色結(jié)果顯示,嵌合小鼠脾臟被不同分化階段的白血病性粒細胞彌漫浸潤,脾小體萎縮或消失,部分可見痕跡殘留(圖7A);骨髓增生活躍,粒系高度增生,主要為不同成熟程度的中性粒細胞及嗜酸性粒細胞,同時伴有骨髓纖維化病理改變(圖7B)。

    3 討論

    目前,國內(nèi)制備CML動物模型的方法主要有2 種:第1種是用CML患者的白血病細胞種植經(jīng)亞致死劑量照射的SCID或NOD/SCID鼠[4-5];第2種是用表達Bcr-abl基因的逆轉(zhuǎn)錄病毒載體轉(zhuǎn)染小鼠骨髓細胞并移植入經(jīng)亞致死劑量照射的小鼠體內(nèi)[6-8]。顯然,這些方法對于研究起源于LSCs的CML并不適用。

    Huettner等[9]初次建立了四環(huán)素反應(yīng)元件(tetracyclineresponsitiveelement,TRE)調(diào) 控P210bcr/abl表達的轉(zhuǎn)基因動物模型——TRE-Bcrabl轉(zhuǎn)基因鼠。當(dāng)四環(huán)素或多西環(huán)素不存在時,四環(huán)素調(diào)控的轉(zhuǎn)錄激活因子(tetracycline controled tanscriptional activator,tTA)與 TRE結(jié)合激活啟動子,啟動Bcr-abl基因的表達;當(dāng)四環(huán)素或多西環(huán)素存在時,tTA的構(gòu)象發(fā)生變化并不與TRE結(jié)合,Bcrabl基因則不能表達。隨后,Koschmieder等[10]利用鼠T細胞急性淋巴瘤白血病1基因(Tal1)(又稱為人干細胞白血病基因,stem cell leukemia,SCL)的3'端的增強子成功構(gòu)建了在小鼠的造血干細胞和祖細胞中特異性表達tTA的SCL-tTA小鼠。因此,SCL-tTA小鼠與 Bcr-abl小鼠雜交后的子代小鼠——SCL-tTA/Bcr-abl雙轉(zhuǎn)基因小鼠在沒有攝入四環(huán)素或多西環(huán)素的情況下可在骨髓造血干/祖細胞持續(xù)表達Bcr-abl蛋白,從而誘導(dǎo)小鼠出現(xiàn)類似于人類CML的綜合癥[10]。但是,由于每個個體間存在一定的遺傳差異,不同的SCL-tTA/Bcr-abl小鼠的LSCs比例、發(fā)病的時間及程度會出現(xiàn)有較大的不同。因此,SCL-tTA/Bcr-abl小鼠仍然不是LSCs靶向藥物研究的理想模型。建立一種LSCs比例相近、發(fā)病時間及程度相似的CML模型對于LSCs的靶向藥物研發(fā)尤為重要。

    本研究從南京大學(xué)模式動物研究所分別引進了SCL-tTA和Bcr-abl以及GFP轉(zhuǎn)基因小鼠,經(jīng)雜交獲得了GFP/SCL-tTA/Bcr-abl三轉(zhuǎn)基因小鼠。然后,將多個GFP/SCL-tTA/Bcr-abl三轉(zhuǎn)基因小鼠的骨髓細胞合并后均分,分別移植至經(jīng)致死劑量(900 cGy)X射線輻照FVB/N小鼠中。通過該方法能一次制作大量的移植小鼠,這些小鼠無論是LSCs比例,還是發(fā)病的時間及程度均較為一致。同時,由于供體小鼠細胞帶有GFP熒光蛋白,能很好與受體小鼠細胞區(qū)分開來,有利于追蹤供體細胞的狀況。Western blotting檢測結(jié)果顯示移植小鼠的骨髓細胞中的確表達Bcr-abl蛋白。流式細胞儀檢測結(jié)果也顯示,GFP+中性粒細胞在移植小鼠外周血中的比例以及GFP+LSCs(GFP+Lin-Sca1+c-kit+細胞)在骨髓細胞中的比例均明顯高于GFP轉(zhuǎn)基因小鼠。這些結(jié)果均表明成功構(gòu)建了適用于針對LSCs研究的CML動物模型——GFP/SCL-tTA/Bcr-abl嵌合小鼠。事實上,該模型已經(jīng)成功運用于CML LSCs靶向藥物的多項體內(nèi)研究[11-15]。

    綜上所述,本研究成功構(gòu)建了GFP/SCL-tTA/ Bcr-abl嵌合小鼠,該模型的建立將為CML的防治研究提供重要的平臺,對于我國在CML發(fā)病機理研究和LSCs靶向藥物研發(fā)方面具有重要的促進作用。

    圖4 GFP小鼠和嵌合小鼠外周血GFP+中性粒細胞的比例Figure 4 Percentage of GFP+myeloid analyzed by flow cytometry

    圖5 流式細胞術(shù)檢測GFP小鼠和嵌合小鼠脾臟和骨髓GFP+LSCs的比例Figure 5 Percentage of GFP+LSCs in spleen and BM analyzed by flow cytometry

    圖6 GFP小鼠和嵌合小鼠脾臟Figure 6 Weight of spleen in GFP mice and CML chimeric mice

    圖7 GFP小鼠和嵌合小鼠脾臟(A)及骨髓(B)HE染色(100×)Figure 7 HE staining of spleen(A)and BM(B)in GFP mice and CML chimeric mice(100×)

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    (責(zé)任編輯:幸建華)

    Establishment of CML chimeric model by GFP/SCL-tTA/Bcr-abl transgenic mice

    LIAO Fenfang,CHEN Yongheng,WU Qingqing,CHENG Lin,ZHOU Xiaoming,WANG Weizhang
    (School of Basic Courses and Guangdong Province Key Laboratory of Pharmaceutical Bioactive Substances,Guangdong Pharmaceutical University,Guangzhou 510006,China)

    Objective To establish a chronic myeloid leukemia(CML)chimeric mouse model,and provide a good animal model for the study of CML treatment by eliminating leukemia stem cells(LSCs).Methods SCL-tTA mice were crossed with Bcr-abl mice,and then the resulting filial generation mice were crossed with transgenic GFPexpressing mice.GFP/SCL-tTA/Bcr-abl transgenic mice were identified by polymerase chain reaction(PCR)with GFP,tTA and Bcr-abl gene-specific primers.Bone marrow cells from GFP/SCL-tTA/Bcr-abl transgenic mice were transplanted into lethally irradiated(900 cGy)FVB/N wild type recipient mice via tail vein injection.The expression of Bcr-abl protein in bone marrow(BM)from GFP/SCL-tTA/Bcr-abl transgenic mice and recipient mice after doxycycline withdrawal for 4 weeks was analyzed by western blotting.The percentage of GFP+myeloid in peripheral blood,and GFP+primitive stem/progenitor cells(LSK cells)in spleen and BM in recipient mice was measured by flow cytometry. Results Bone marrow cells from GFP/SCL-tTA/Bcr-abl transgenic mice were successfully transplanted into FVB/N wild type recipient mice.Bcr-abl protein was expressed in BM of the recipient mice.Thepercentage of GFP+myeloid in peripheral blood,and GFP+primitive stem/progenitor cells(LSK cells)in spleen and BM in recipient mice was increased compared to that in GFP mice.Conclusion CML chimeric model by GFP/SCL-tTA/Bcr-abl transgenic mice has been successfully established.

    chronic myeloid leukemia;transgenic mice;Bcr-abl

    R-332

    A

    1006-8783(2016)04-0512-06

    10.16809/j.cnki.1006-8783.2016050902

    2016-05-09

    國家自然青年科學(xué)基金項目(81100369);廣東省自然科學(xué)基金項目(2014A030313580);廣東省科技計劃項目(2013B021800084);大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目(1057313028)

    廖芬芳(1988—),女,2014級碩士研究生;通信作者:王偉章(1979—),男,副教授,主要從事腫瘤藥理研究,Email: wwzss@163.com。

    網(wǎng)絡(luò)出版時間:2016-07-04 14:54 網(wǎng)絡(luò)出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/44.1413.R.20160704.1454.001.html

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