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    pEGFP-N1-MeCP2上調(diào)質(zhì)粒的構(gòu)建及意義

    2017-12-20 02:50:26羅軍強(qiáng)
    關(guān)鍵詞:小鼠

    羅軍強(qiáng)

    (荊門(mén)市第一人民醫(yī)院神經(jīng)外科,湖北 荊門(mén) 448000;荊門(mén)市五三醫(yī)院外科,湖北 荊門(mén) 431821)

    陳治軍,劉平非,馮雨,謝騰

    (荊門(mén)市第一人民醫(yī)院神經(jīng)外科,湖北 荊門(mén) 448000)

    pEGFP-N1-MeCP2上調(diào)質(zhì)粒的構(gòu)建及意義

    羅軍強(qiáng)

    (荊門(mén)市第一人民醫(yī)院神經(jīng)外科,湖北 荊門(mén) 448000;荊門(mén)市五三醫(yī)院外科,湖北 荊門(mén) 431821)

    陳治軍,劉平非,馮雨,謝騰

    (荊門(mén)市第一人民醫(yī)院神經(jīng)外科,湖北 荊門(mén) 448000)

    目的:構(gòu)建MeCP2真核表達(dá)載體并在SH-SY5Y細(xì)胞中表達(dá)。方法:采用RT-PCR、pEGFP-N1-MeCP2質(zhì)粒提取、Western blot檢測(cè)pEGFP-N1-MeCP2在在SH-SY5Y細(xì)胞中的表達(dá)。結(jié)果:將重組質(zhì)粒pEGFP-N1-MeCP2與pEGFP-N1空載體組分別轉(zhuǎn)染至SH-SY5Y細(xì)胞中,48h后利用Western Blot檢測(cè)表明, 轉(zhuǎn)染pEGFP-N1-MeCP2的細(xì)胞在82 kDa處可見(jiàn)一特異性的表達(dá)帶,為MeCP2與GFP的融合蛋白,而在空載體組未見(jiàn)條帶;在27KDa附近,空載體組可見(jiàn)條帶,而轉(zhuǎn)染pEGFP-N1-MeCP2的細(xì)胞未見(jiàn)條帶,提示pEGFP-N1-MeCP2載體能夠在SH-SY5Y細(xì)胞中表達(dá)。結(jié)論:構(gòu)建pEGFP-N1-MeCP2上調(diào)質(zhì)粒是進(jìn)一步研究MeCP2蛋白功能的基礎(chǔ),也是研究MeCP2蛋白在帕金森病中作用機(jī)制的關(guān)鍵。

    帕金森?。籑eCP2;TH;SH-SY5Y細(xì)胞;6-OHDA

    MeCP2在大多數(shù)組織中都有表達(dá),但在大腦中表達(dá)最豐富。胞漿蛋白標(biāo)準(zhǔn)化的定量研究顯示,肺和脾也是MeCP2表達(dá)豐富的組織[1]。直接定量測(cè)定成年小鼠每個(gè)細(xì)胞核中MeCP2分子,大腦神經(jīng)元有16000000個(gè),膠質(zhì)細(xì)胞中較少,而肝細(xì)胞中少30倍[2]。小鼠神經(jīng)元中MeCP2水平出生時(shí)相對(duì)較低,出生后3個(gè)月快速增加,隨后達(dá)到平臺(tái)期[2,3]。由于出生時(shí)神經(jīng)形成已經(jīng)完成,神經(jīng)元在一個(gè)恒定數(shù)目范圍內(nèi)增加是由于MeCP2表達(dá)上調(diào)。而這個(gè)時(shí)候,這些神經(jīng)元經(jīng)歷著活躍的突觸發(fā)育。

    鑒于MeCP2在大腦中可能作為大腦發(fā)育的調(diào)節(jié)因子或維持神經(jīng)元/膠質(zhì)功能的因子。我們的研究發(fā)現(xiàn),MeCP2在帕金森病細(xì)胞模型中的表達(dá)下降,鑒于MeCP2在神經(jīng)元中的作用,我們推測(cè),MeCP2的表達(dá)下降可能參與了帕金森病的致病過(guò)程。因此,我們從人肺癌細(xì)胞cDNA文庫(kù)中獲得MeCP2基因,構(gòu)建真核表達(dá)載體并在SH-SY5Y細(xì)胞中表達(dá),為進(jìn)一步研究MeCP2的功能打下基礎(chǔ)。

    1 材料與方法

    1.1 材料

    人神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞SH-SY5Y細(xì)胞株購(gòu)自美國(guó)America Type Culture Collection(ATCC)細(xì)胞庫(kù),人肺癌細(xì)胞A549,載體pEGFP-N1,感受態(tài)大腸桿菌DH 5α,D2000 plus DNA ladder、D2000 DNA ladder(Beijing Solarbio Science & Techology Co., LTD),DNA聚合酶(TAKARA Bioiotechnology(Dalian) Co. ,LTD),PstI(Fermentas Inc.),XhoI(Fermentas Inc.)T4 DNA連接酶(Fermentas Inc.),Trizol Reagent(Invitrogen Life Technologies),TOYOBO First Strand cDNA Synthesis Kit ReverTra Ace -α(TOYOBO CO,LTD),瓊脂糖凝膠DNA回收試劑盒(Tiangen Biotech(Beijing) CO.,LTD),10mM dNTPs(Fermentas Inc.)。一抗:MeCP2大鼠抗人抗單克隆抗體購(gòu) 自美國(guó)Sigma公司,TH羊抗人抗單克隆抗體購(gòu)自購(gòu)自 Santa Cruz公司;Westem blot檢測(cè)試劑盒購(gòu)自上海晶美生物公司。二抗:兔抗鼠、鼠抗羊二抗均購(gòu)自福州邁新生物技術(shù)開(kāi)發(fā)公司。β-肌動(dòng)蛋白(β-actin)抗體購(gòu)自美國(guó)Santa Cruz 公司。

    1.2 方法

    1)pEGFP-N1-MeCP2質(zhì)粒構(gòu)建 據(jù)MeCP2基因的CDC區(qū)設(shè)計(jì)引物及酶切位點(diǎn):設(shè)計(jì)包含Pst I 和 Xho I (Promega USA)酶切位點(diǎn)的擴(kuò)增MeCP2全長(zhǎng)引物。上游引物5’ GCGCTCGAGGGTAAAAGCCGTCCGGAAAAT3’和下游引物5’CGGCTGCAGGCTAACTCTCTCGGTCACGGGC3’。其中包含下劃線的為所含酶切位點(diǎn)。利用PCR擴(kuò)增MeCP2編碼序列,反應(yīng)體系為50μL:10×PCR緩沖液5μL,dNTP 5μL、Taq酶 2.5μL、cDNA模板2μL,上下游引物(10μmol)各1.5μL。PCR反應(yīng)條件:94℃ 2min、94℃ 10s、55℃ 30s、68℃ 80s,共32個(gè)循環(huán);68℃延伸3min。68→94℃、30s→64℃、30s→72℃,4min(30次)末段延伸72℃、10min。將獲得的PCR產(chǎn)物通過(guò)凝膠電泳明確擴(kuò)增大小后,利用前述切膠回收方法純化PCR產(chǎn)物。取PCR產(chǎn)物利用XhoⅠ和KpnⅠ酶雙酶切,回收大片段,加T4連接酶16℃水浴過(guò)夜。連接產(chǎn)物轉(zhuǎn)化感受態(tài)DH5a,將轉(zhuǎn)化產(chǎn)物均勻涂布于含100mg/L氨芐青霉素的LB選擇平板上倒置培養(yǎng)過(guò)夜。篩選2~3個(gè)菌落,搖菌后取1μL進(jìn)行PCR擴(kuò)增鑒定;小量提取質(zhì)粒DNA,進(jìn)行雙酶切鑒定,將雙酶切鑒定正確的質(zhì)粒送華大基因測(cè)序。

    2)pEGFP-N1-MeCP2質(zhì)粒真核細(xì)胞表達(dá)的western blot檢測(cè)鑒定 SH-SY5Y細(xì)胞轉(zhuǎn)染pEGFP-N1-MeCP2質(zhì)粒,提取總蛋白western blot表達(dá)鑒定。操作過(guò)程:蛋白樣品提??;蛋白濃度測(cè)定;SDS-PAGE電泳;轉(zhuǎn)膜,封閉;結(jié)合一抗,置于4℃搖床過(guò)夜;結(jié)合二抗,將抗體稀釋液加入PVDF膜后置于搖床室溫震搖1h;洗膜4次,每次5min,后利用PBS洗膜三次去除殘存的Tween-20,利用ECL發(fā)光液暗室曝光顯色并分析蛋白表達(dá)強(qiáng)弱。

    2 結(jié)果

    2.1 PCR擴(kuò)增MeCP2 cDNA片段

    通過(guò)PCR擴(kuò)增的方法成功獲得了MeCP2 cDNA片段,PCR的產(chǎn)物在l%瓊脂糖凝膠上的分析,特異性片段的大小為1531bp。見(jiàn)圖1。

    2.2 重組質(zhì)粒的鑒定結(jié)果

    1)限制性內(nèi)切酶酶切鑒定結(jié)果 用PstI和Xho I雙酶切重組質(zhì)粒pEGFP-N1-MeCP2得到與預(yù)期大小相符的外源基因插入片段,結(jié)果與PCR產(chǎn)物的大小1531bp比對(duì)相吻合,說(shuō)明克隆成功。見(jiàn)圖2。

    圖1 MeCP2 PCR產(chǎn)物瓊脂糖電泳圖 圖2 pEGFP-N1-MeCP2 質(zhì)粒酶切鑒定圖

    2)測(cè)序鑒定結(jié)果 將重組質(zhì)粒重組質(zhì)粒pEGFP-N1-MeCP2送去進(jìn)行測(cè)序,比對(duì)與MeCP2的序列一致,說(shuō)明插入的片段是正確的,克隆成功。

    2.3 pEGFP-N1-MeCP2的表達(dá)鑒定結(jié)果

    將重組質(zhì)粒pEGFP-N1-MeCP2與pEGFP-N1空載體組分別轉(zhuǎn)染至SH-SY5Y細(xì)胞中,48h后利用Western Blot檢測(cè)表明, 轉(zhuǎn)染pEGFP-N1-MeCP2的細(xì)胞在82 kDa處可見(jiàn)一特異性的表達(dá)帶,為MeCP2與GFP的融合蛋白,而在空載體組未見(jiàn)條帶;在27KDa附近,空載體組可見(jiàn)條帶,而轉(zhuǎn)染pEGFP-N1-MeCP2的細(xì)胞未見(jiàn)條帶,提示pEGFP-N1-MeCP2載體能夠在SH-SY5Y細(xì)胞中表達(dá)。見(jiàn)圖3。

    圖3 重組質(zhì)粒pEGFP-N1-MeCP2與pEGFP-N1空載體組分別轉(zhuǎn)染至SH-SY5Y細(xì)胞中的表達(dá)鑒定

    3 討論

    自從第一次發(fā)現(xiàn)MeCP2調(diào)節(jié)腦中特定區(qū)域基因的表達(dá),包括正面的和負(fù)面的作用,以及獨(dú)立活性依賴的調(diào)節(jié)[4,5]。目前,研究越來(lái)越多的集中于MeCP2的目標(biāo)基因。發(fā)生于神經(jīng)科學(xué)上MeCP2基因的缺失和過(guò)表達(dá),發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)與MeCP2相關(guān)的基因是腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(BDNF)。BDNF是一個(gè)生長(zhǎng)因子,與神經(jīng)元再生、神經(jīng)元成熟、神經(jīng)元功能維持及神經(jīng)元存活、鈣離子穩(wěn)態(tài)、及突觸可塑性方面發(fā)揮著重要作用,以及在學(xué)習(xí)、記憶、神經(jīng)功能障礙中發(fā)揮重要作用[6]。

    目前,腦內(nèi)MeCP2與BDNF的機(jī)制尚不清楚[7,8],但是MeCP2表達(dá)的高低卻與BDNF緊密相關(guān)[9]。體外培養(yǎng)的小鼠皮質(zhì)神經(jīng)元中,過(guò)表達(dá)MeCP2提高了BDNF表達(dá)[10],然而,因突變致MeCP2基因失去功能的小鼠,腦內(nèi)BDNF表達(dá)降低[9]。MeCP2基因突變的小鼠,腦內(nèi)BDNF恢復(fù)正常水平時(shí),許多Rett綜合征類似的生理學(xué)和行為缺陷癥狀得到了改善[11,12]。在培養(yǎng)神經(jīng)細(xì)胞試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),MeCP2與BDNF第三啟動(dòng)子結(jié)合抑制BDNF轉(zhuǎn)錄[4,13]。MeCP2基因突變的小鼠與野生型相比,BDNF蛋白表達(dá)和基因表達(dá)均下降了70%[14]。BDNF表達(dá)下降被認(rèn)為造成了Rett綜合征的病理過(guò)程。更重要的是,這些發(fā)現(xiàn)提示有些基因的活性受MeCP2調(diào)控。膜的去極化導(dǎo)致了MeCP2的磷酸化,引起目標(biāo)基因啟動(dòng)子的釋放,從而引起轉(zhuǎn)錄激活[4]。MeCP2基因敲除的小鼠,神經(jīng)元活性受影響,研究MeCP2基因表達(dá)下降和其他基因表達(dá)提高之間的關(guān)系很困難。雖然MeCP2被廣泛的認(rèn)為是一個(gè)轉(zhuǎn)錄抑制因子,最近的研究顯示,他可以與活性基因結(jié)合而調(diào)節(jié)基因表達(dá)[14~16]。

    經(jīng)證實(shí),MeCP2可以抑制Dlx5、 Dlx6、Fxyd1、Reln和Gtl2的表達(dá)[17,18]。無(wú)MeCP2表達(dá)的小鼠,前額葉Dlx5、 Dlx6的轉(zhuǎn)錄作用明顯加強(qiáng)[17]。在無(wú)MeCP2基因表達(dá)的小鼠和Rett綜合征患者,前額葉Fxyd1表達(dá)明顯較高[19]。在無(wú)MeCP2基因表達(dá)的小鼠和Rett綜合征患者,BDNF、GABRB3和UBE3A的表達(dá)下降[20]。這些基因在調(diào)控神經(jīng)發(fā)育階段的樹(shù)突結(jié)構(gòu)和GABA能神經(jīng)元功能方面發(fā)揮著重要作用。Dlx5和GABRB3是GABA能神經(jīng)元發(fā)揮作用所必須的,前者調(diào)節(jié)合成GABA,后者則與GABA受體亞單位結(jié)合[20,21]。這些在額葉表達(dá)的基因與GABA能神經(jīng)元的相互作用,證實(shí)了Rett綜合征患者額葉GABA能神經(jīng)元信號(hào)通路的功能紊亂[22]。然而,涉及到樹(shù)突形態(tài)學(xué)改變的基因可以解釋Rett綜合征和無(wú)MeCP2基因表達(dá)小鼠樹(shù)突修飾的原因。

    Skirmantas Kriaucionis(2006)研究發(fā)現(xiàn)[23],無(wú)MeCP2表達(dá)的小鼠腦組織中Uqcrc1過(guò)表達(dá),Uqcrc1可以顯著增加線粒體呼吸容量以及減少呼吸效率,過(guò)表達(dá)的Uqcrc1可導(dǎo)致N2A細(xì)胞(小鼠神經(jīng)元細(xì)胞)線粒體呼吸功能的異常;他們通過(guò)電子顯微鏡(透射電鏡)觀察野生型和無(wú)MeCP2表達(dá)的小鼠腦組織沒(méi)有發(fā)現(xiàn)線粒體總體結(jié)構(gòu)的異常。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)顯示MeCP2與Uqcrc1的啟動(dòng)子區(qū)結(jié)合,無(wú)MeCP2表達(dá)的小鼠,Uqcrc1表達(dá)提高以及導(dǎo)致神經(jīng)學(xué)上的癥狀。在酶作用底物提供呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ或呼吸鏈復(fù)合體Ⅱ,含有Uqcrc1蛋白的呼吸鏈復(fù)合體Ⅲ導(dǎo)致了異常的線粒體呼吸功能。Blue native electrophoresis 檢測(cè)顯示:MeCP2突變的小鼠,呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ活性正常,提示呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ沒(méi)有提高異常的線粒體呼吸功能;這些研究顯示,呼吸鏈復(fù)合體Ⅲ是增強(qiáng)線粒體呼吸功能的原因。在細(xì)胞系中,過(guò)表達(dá)的Uqcrc1與上游的呼吸鏈復(fù)合體Ⅳ酶作用底物促使線粒體呼吸速率提高。在Pavel(2009)的實(shí)驗(yàn)中[24],MeCP2基因突變的小鼠,超微結(jié)構(gòu)顯示軸突和樹(shù)突異常,以及異常擴(kuò)展的線粒體和脊膜。JC Russell(2007)[25]首次發(fā)現(xiàn),首次發(fā)現(xiàn),在低氧和興奮性毒性誘導(dǎo)干預(yù)的小腦顆粒神經(jīng)元,MeCP2功能下降。完全MeCP2基因敲除小腦顆粒神經(jīng)元較野生型死亡過(guò)程發(fā)生較早;在缺少M(fèi)eCP2蛋白表達(dá)的CGC細(xì)胞與野生型的相比,神經(jīng)元死亡明顯較多,其過(guò)程是缺少M(fèi)eCP2蛋白引起線粒體功能紊亂,線粒體釋放caspase和AIF,從而啟動(dòng)神經(jīng)元的凋亡。鑒于MeCP2基因滅活抑制基因的表達(dá)及其所致的轉(zhuǎn)錄紊亂,過(guò)表達(dá)的死亡復(fù)合體在中樞神經(jīng)系統(tǒng)活性增加,使得神經(jīng)元更容易受損以致死亡。

    綜上所述,MeCP2蛋白在神經(jīng)元中有著很重要的生物學(xué)作用,并且與Rett綜合癥等相關(guān)疾病有著密切的聯(lián)系;我們已經(jīng)證實(shí),MeCP2可能參與了帕金森病的發(fā)病過(guò)程。為了進(jìn)一步研究MeCP2蛋白在帕金森病中的作用機(jī)制,本研究克隆得到了MeCP2的全長(zhǎng)編碼序列,并通過(guò)Western Blot檢測(cè)表達(dá)的融合蛋白在SH-SY5Y細(xì)胞中的表達(dá),為進(jìn)一步研究其功能打下基礎(chǔ)。

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    2017-09-26

    湖北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2014CFB09);湖北省荊門(mén)市科技計(jì)劃項(xiàng)目(2013S01);湖北省荊門(mén)市科技計(jì)劃項(xiàng)目(2015S01);荊門(mén)市重點(diǎn)科技計(jì)劃項(xiàng)目(YFZD2016045)。

    羅軍強(qiáng)(1976-),男,主治醫(yī)師,主要從事神經(jīng)退行性疾病的診療工作;通信作者:謝騰,44255018@qq.com。

    [引著格式]羅軍強(qiáng),陳治軍,劉平非,等. pEGFP-N1-MeCP2上調(diào)質(zhì)粒的構(gòu)建及意義[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版), 2017,14(24):48~52.

    R34

    A

    1673-1409(2017)24-0048-05

    [編輯] 方多

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