胡 艷, 許翠仙, 張 潘, 俞 丹, 張斌月, 李 明
云南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 云南省高校動物遺傳多樣性和進(jìn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 昆明 650091
自然界中存在著廣泛的寄生與被寄生的關(guān)系。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的害蟲——斜紋夜蛾,可被雙斑側(cè)溝繭蜂寄生,雙斑側(cè)溝繭蜂在其排卵時(shí)可特異性的尋找宿主(斜紋夜蛾幼蟲),并將其攜帶的繭蜂病毒和卵一同注入宿主體內(nèi)[1],利用病毒破壞宿主的免疫系統(tǒng),以保護(hù)其卵和幼蟲在宿主體內(nèi)正常發(fā)育[2]。
截至目前,共獲得17個類似于環(huán)狀DNA分子的雙斑側(cè)溝繭蜂病毒基因組,經(jīng)進(jìn)一步分析,得到116個功能性基因,其中,28個是錨蛋白(Ankyrin)家族基因,28個是蛋白酪氨酸磷酸酯酶(protein tyrosine phosphatase,PTP)家族基因[3]。通過比對本課題組得到的轉(zhuǎn)錄組及病毒基因組的測序數(shù)據(jù),可確認(rèn)在被寄生的斜紋夜蛾的血淋巴轉(zhuǎn)錄組中有13個病毒基因,主要為可編碼PTP、病毒錨蛋白重復(fù)序列結(jié)構(gòu)(viral ankyrin repeat,vank)的基因[4]。本研究選取其中的4個病毒基因(PTP109、vank86、vank92和vank101)作為病毒感染的檢測指標(biāo),而基因vank86同時(shí)還作為病毒感染細(xì)胞后的表達(dá)檢測指標(biāo)。
親環(huán)素A(cyclophilin A,CypA)是一種具有順反異構(gòu)酶活性的功能性蛋白,屬于親環(huán)素蛋白家族的一種,是免疫抑制劑環(huán)孢霉素A(cyclosporin A,CsA)的主要靶分子[5,6]。親環(huán)素A可催化脯氨酸殘基N端肽鍵的順反式異構(gòu)化[7],從而加速蛋白質(zhì)的折疊和重組。目前,對哺乳動物中CypA的生物學(xué)活性已有一定的研究。其作為自分泌和旁分泌因子,可以介導(dǎo)細(xì)胞通訊[8~10],并且在細(xì)胞凋亡、免疫調(diào)節(jié)、T細(xì)胞活化以及蛋白質(zhì)的折疊、轉(zhuǎn)運(yùn)、重組等方面具有重要作用[11,12]。研究表明,親環(huán)蛋白(cyclophilin,CyP)可協(xié)助外源病毒感染機(jī)體,如CypA可與人類免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV)中基因所編碼的衣殼蛋白結(jié)合,促使病毒感染人體,通過其順反異構(gòu)酶活性,促進(jìn)HIV衣殼蛋白復(fù)合物的分解[13~15]。
本課題組前期研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)雙斑側(cè)溝繭蜂寄生于斜紋夜蛾幼蟲后,斜紋夜蛾幼蟲血細(xì)胞中親環(huán)素A的基因轉(zhuǎn)錄水平和蛋白表達(dá)水平都有上調(diào)(未發(fā)表數(shù)據(jù)),但繭蜂病毒感染昆蟲細(xì)胞的生物學(xué)機(jī)制尚不清楚;同時(shí),成功構(gòu)建到pIZT/V5-His-CypA質(zhì)粒,其能在昆蟲細(xì)胞中穩(wěn)定表達(dá),并可用于細(xì)胞內(nèi)CypA功能的研究[16]。在本研究中,分別利用cypa沉默序列FAM CypA-SiRNA-22[16]、CsA處理Hi5細(xì)胞,以達(dá)到沉默cypa基因的表達(dá)、抑制CypA活性的目的,并利用pIZT/V5-His-CypA轉(zhuǎn)染Hi5細(xì)胞以過表達(dá)cypa基因,從而,探討CypA對繭蜂病毒侵染昆蟲細(xì)胞的影響,確定兩者之間是否存在一定的相關(guān)性,以期為進(jìn)一步了解繭蜂病毒感染昆蟲細(xì)胞的分子機(jī)制提供依據(jù)。
1.1.1實(shí)驗(yàn)材料 實(shí)驗(yàn)中所用昆蟲為斜紋夜蛾,斜紋夜蛾卵片及其飼料配制方法均由中山大學(xué)有害生物控制與資源利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供,實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)環(huán)境為27℃,相對濕度為60%~80%;雙斑側(cè)溝繭蜂(Microplitisbicoloratus)通過中山大學(xué)有害生物控制與資源利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室獲得,實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)環(huán)境為27℃,相對濕度為60%~80%;Hi5細(xì)胞系為粉紋夜蛾(TrichoplusianiHübner)卵細(xì)胞系,由中山大學(xué)有害生物控制與資源利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室細(xì)胞培養(yǎng)室提供。
1.1.2實(shí)驗(yàn)試劑 PrimescriptTMRT reagent Kit with Gdna Eraser(RR047A)、逆轉(zhuǎn)錄試劑盒PrimeScriptTMⅡ1st Strand cDNA Synthesis Kit(6210A)、SYBR?Premix ExTaqTMII(Tli RNaseH Plus)(RR820A)、RNA提取試劑盒(RNAisoTMPlus)均購于大連寶生物有限公司;無內(nèi)毒素小量質(zhì)粒提取試劑盒Endo-free Plasmid Mini Kit Ⅱ(D6950-01B)來自美國Omega Bio-Tek公司;X-tremegene HP DNA Transfection Reagent(06366236001)來自瑞士Roche公司;PDVF膜購于美國Millipore公司;Tubulin抗體、蛋白Marker以及辣根過氧化物酶(horseradish peroxidase,HRP)偶聯(lián)的山羊抗鼠、抗兔二抗均購于上海碧云天生物技術(shù)有限公司;環(huán)孢霉素A購于美國Cayman Chemical公司;1×磷酸鹽緩沖液(pH 7.4)、脫脂奶粉均購于昆明培根生物科技有限公司;氯仿、乙醇、焦碳酸二乙酯(DEPC)、30%丙烯酰胺混合液、1.5 mol/L三羥甲基氨基甲烷(Tris)(pH 8.8)、1.0 mol/L Tris(pH 6.8)、十二烷基硫酸鈉(SDS)、四甲基乙二胺(TEMED)、過硫酸銨、微量注射器、0.45 μm濾膜、BCA蛋白濃度測定試劑盒均購于昆明鼎國生物科技有限公司;昆蟲培養(yǎng)基Hyclone TNM-FH(AWA93766)、胎牛血清、超敏化學(xué)發(fā)光試劑盒均購于美國賽默飛世爾科技公司;NEST細(xì)胞培養(yǎng)板購于無錫耐思生物科技有限公司;CypA的特異性抗體由云南滇工科技有限公司制備;FAM CypA-siRNA-22由蘇州吉瑪基因股份有限公司合成。
1.1.3引物設(shè)計(jì)與合成 實(shí)驗(yàn)所用引物均通過Primer 5設(shè)計(jì)完成后(引物序列見表1),交至昆明碩擎生物科技有限公司合成,用于病毒基因克隆和qRT-PCR。其中,基因vank86、vank92、vank101、PTP109的引物均由云南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院劉樾彤設(shè)計(jì)和惠贈。
表1 實(shí)驗(yàn)所用引物序列Table 1 Sequences of primers used in the experiment.
從-80℃冰箱中取出Hi5細(xì)胞凍存管,迅速放入37℃水浴融化;在超凈工作臺中將存有Hi5細(xì)胞的凍存液(含二甲基亞砜(DMSO)100 μL、胎牛血清400 μL、完全培養(yǎng)基500 μL)轉(zhuǎn)入已滅菌的1.5 mL EP管中,1 000 r/min離心5 min,棄上清;再加入1 mL完全培養(yǎng)基(含10%胎牛血清)稀釋,并轉(zhuǎn)入25 mL密封型細(xì)胞培養(yǎng)瓶中,置于28℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng),第2天移去完全培養(yǎng)基,再加入新鮮的完全培養(yǎng)基繼續(xù)培養(yǎng),隨后每3天更換1次。
取20只羽化后3~4 d的雙斑側(cè)溝繭蜂雌蜂,借助解剖鏡取出其卵巢,放于500 μL的1×磷酸鹽緩沖液(phosphate buffered saline,PBS,pH 7.4)中。在超凈工作臺中,通過用注射器反復(fù)抽吸,將卵巢破碎,12 000 r/min、4℃離心3 min后,收集上清液。再使用0.45 μm濾膜過濾上清液中的卵及其他細(xì)胞碎片,收集濾液于已滅菌的1.5 mL EP管中,置于-20℃保存,并在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中用于感染細(xì)胞。
在六孔板上每孔鋪2×105個Hi5細(xì)胞,貼壁培養(yǎng)40 min;根據(jù)初始細(xì)胞量加入適量的病毒粒子,一般按照1只成熟雌蜂(即1 Wasp)卵巢的病毒粒子可以感染1×105個Hi5細(xì)胞的劑量加入[17,18]。以未感染病毒的Hi5細(xì)胞作為對照組。
①RNA提?。涸诹装迳厦靠卒?×105個細(xì)胞。當(dāng)六孔板中細(xì)胞的生長密度達(dá)到80%~90%時(shí),用1×磷酸鹽緩沖液(pH 7.4)輕輕洗滌貼壁細(xì)胞2次,按照RNAisoTMPlus試劑盒說明書提取總RNA。
②PCR鑒定:按照逆轉(zhuǎn)錄試劑盒PrimeScriptTMⅡ1st Strand cDNA Synthesis Kit(6210A)說明書操作,合成PCR所需的模板cDNA。PCR反應(yīng)體系(15 μL):ExTaq7.5 μL,上、下游引物各0.5 μL,模板1.0 μL,滅菌水5.5 μL。PCR反應(yīng)條件:95℃ 5 min;95℃ 1 min,58℃(由引物Tm決定)30 s,72℃ 1 min,共35個循環(huán);72℃ 10 min。
1.5.1RNA干擾(RNA interference,RNAi)實(shí)驗(yàn) 在六孔板上每孔鋪2×105個細(xì)胞,貼壁培養(yǎng)30 min,棄培養(yǎng)基,加入新鮮的完全培養(yǎng)基。取8 μL羅氏轉(zhuǎn)染試劑加至100 μL雙無培養(yǎng)基中,混勻后室溫靜置30 min;取8 μL FAM CypA-SiRNA-22,用100 μL雙無培養(yǎng)基稀釋,混勻;再將上述2種試劑混勻,室溫靜置20 min,用于細(xì)胞轉(zhuǎn)染。隨后,將轉(zhuǎn)染混合物逐滴加入六孔板相應(yīng)的細(xì)胞中,置于28℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h。
1.5.2CsA處理細(xì)胞 在六孔板上每孔鋪2×105個細(xì)胞,貼壁培養(yǎng)40 min;向每孔細(xì)胞中逐滴加入1 mmoL CsA(終濃度為1 μmoL),置于28℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h。
1.5.3pIZT/V5-His-CypA轉(zhuǎn)染細(xì)胞 取50 μL pIZT/V5-His-CypA甘油菌[16]加入LB培養(yǎng)基中,于37℃恒溫空氣搖床中過夜培養(yǎng)。然后,8 000 r/min離心5 min,收集菌體。在超凈工作臺中按照試劑盒Endo-free Plasmid Mini Kit Ⅱ(D6920-01B)說明書操作,提取轉(zhuǎn)染使用的無內(nèi)毒素質(zhì)粒pIZT/V5-His-CypA。轉(zhuǎn)染方法同1.5.1。
①胞內(nèi)總RNA的提取方法同1.4①;②按照逆轉(zhuǎn)錄試劑盒PrimeScriptTMRT reagent Kit with gDNA Eraser(RR047A)說明書操作,合成進(jìn)行qRT-PCR所需的模板cDNA;③以②中的cDNA為模板,按照試劑盒SYBR? Premix ExTaqTMⅡ (Tli RNaseH Plus)配制qRT-PCR反應(yīng)體系(10 μL):2×SYBR Premix ExTaq5 μL,上、下游引物各0.4 μL,ROX Reference Dye 0.2 μL,cDNA 1 μL,滅菌水3 μL。將樣品分裝到96孔板中,每個樣品重復(fù)3次,置于Biosystems 7500 Real-Time PCR System中反應(yīng)。采用兩步法進(jìn)行PCR擴(kuò)增:第一步,95℃ 30 s;第二步,95℃ 5 s;60℃ 34 s,共40個循環(huán);④反應(yīng)結(jié)束后,將每個樣品3次重復(fù)的Ct值求出平均值,以18S rRNA作為內(nèi)參,計(jì)算RQ=2-ΔΔCt值,其中涉及到的其他參數(shù)計(jì)算如下:ΔCt=Ct(目的基因)-Ct(內(nèi)參基因);ΔΔCt=ΔCt(實(shí)驗(yàn)組)-ΔCt(對照組),3次重復(fù)。
將六孔板中的細(xì)胞培養(yǎng)基倒掉,用PBS清洗2次,再用細(xì)胞刮刀刮下,置于已滅菌的1.5 mL EP管中,3 000 r/min離心5 min。加80~100 μL的細(xì)胞裂解液,提取細(xì)胞總蛋白,測定蛋白濃度。并配制SDS-PAGE膠(分離膠10%,積層膠5%),進(jìn)行蛋白電泳(80 V,40 min;100 V,90 min)后,經(jīng)濕轉(zhuǎn)膜儀轉(zhuǎn)至PDVF膜(100 V,100 min),用PBST緩沖液(含吐溫-20的PBS)沖洗,再放入5%脫脂牛奶中,于室溫條件下封閉1 h。隨后,用PBST溶液清洗2次,每次10 min,再分別采用CypA抗體、Tubulin抗體進(jìn)行孵育,4℃過夜。然后,用PBST緩沖液清洗3次,每次10 min,再分別用HRP山羊抗兔IgG、HRP山羊抗鼠IgG抗體孵育,37℃ 1 h。最后,用PBST緩沖液清洗3次,第1次10 min,第2次5 min,第3次5 min。發(fā)光前將PierceTMECL Western blotting Substrate A、B液等體積混勻滴在PVDF膜上,與膜接觸1 min,隨后置于Tanon-4100中曝光成像。
所有的數(shù)據(jù)結(jié)果均采用GraphPad Prism 6統(tǒng)計(jì)學(xué)分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。采用t檢驗(yàn)進(jìn)行2個樣本間均數(shù)差異顯著性分析。
在Hi5細(xì)胞培養(yǎng)基中加入繭蜂病毒50 μL(25 μL=1 Wasp)24 h后,以逆轉(zhuǎn)錄合成的cDNA為模板,利用PCR擴(kuò)增鑒定繭蜂病毒基因vank86、vank92、vank101和PTP109的表達(dá)情況。結(jié)果顯示,在未感染細(xì)胞中,均未檢測到4個病毒基因,而在感染了24 h的Hi5細(xì)胞中,均擴(kuò)增到4個病毒基因(圖1),表明繭蜂病毒成功侵染了Hi5細(xì)胞,并進(jìn)行了擴(kuò)增。
同時(shí),經(jīng)qRT-PCR檢測,結(jié)果顯示,繭蜂病毒侵染Hi5細(xì)胞后,cypa基因的轉(zhuǎn)錄水平顯著上升(圖2A),而Western blot分析結(jié)果也表明CypA的蛋白表達(dá)水平有所提高(圖2B)。
FAM CypA-SiRNA-22轉(zhuǎn)染Hi5細(xì)胞24 h后,提取RNA并逆轉(zhuǎn)錄為cDNA,經(jīng)qRT-PCR檢測,結(jié)果(圖3A)顯示cypa基因的轉(zhuǎn)錄水平顯著下降,而Western blot分析結(jié)果(圖3B)表明,CypA蛋白表達(dá)水平也有所下降,但不明顯(其中SiRNA-Control[16]為陰性對照)。這證明FAM CypA-SiRNA-22可以起到沉默cypa的作用。在此基礎(chǔ)上,加入繭蜂病毒感染細(xì)胞24 h,提取RNA逆轉(zhuǎn)錄為cDNA,經(jīng)qRT-PCR檢測,結(jié)果發(fā)現(xiàn),細(xì)胞中的病毒基因vank86基因轉(zhuǎn)錄水平極顯著下降(圖3C)。
圖2 繭蜂病毒感染的Hi5細(xì)胞中CypA的表達(dá)情況Fig.2 The expression of CypA in MbBV-treated Hi5 cells.A:qRT-PCR檢測cypa基因轉(zhuǎn)錄水平;B.Western blot檢測CypA蛋白表達(dá)水平。注:Mock:未感染病毒組;MbBV:感染病毒組;**表示處理組數(shù)據(jù)與對照組相比差異極顯著(P<0.01)。
而在病毒侵染的細(xì)胞培養(yǎng)基中加入CsA以抑制CypA活性,24 h后,經(jīng)qRT-PCR檢測,vank86基因轉(zhuǎn)錄水平也顯著下降(圖3D)。
pIZT/V5-His-CypA轉(zhuǎn)染Hi5細(xì)胞24 h后,qRT-PCR與Western blot的分析結(jié)果(圖4A、B)均表明,pIZT/V5-His-CypA可起到過表達(dá)cypa的作用(其中pIZT/V5-His為陰性對照)。在此基礎(chǔ)上,加入繭蜂病毒感染細(xì)胞24 h后,提取RNA并逆轉(zhuǎn)錄為cDNA,進(jìn)行實(shí)時(shí)熒光定量PCR檢測,結(jié)果發(fā)現(xiàn),繭蜂病毒中的vank86基因轉(zhuǎn)錄水平極顯著上升(圖4D)。
雙斑側(cè)溝繭蜂病毒與普通病毒類似,都是由核衣殼包裹核酸,再由單層或者多層蛋白囊膜包裹1個或者多個核衣殼[18]。每個繭蜂病毒粒子所含的病毒量并不一樣,病毒只存在于寄生蜂雌蜂輸卵管萼上皮細(xì)胞中。在寄生過程中,病毒粒子伴隨著1?;蛘叨嗔B岩约拜嘁阂煌蛔⑷爰闹餮恢?,進(jìn)入血腔的病毒感染血細(xì)胞后,通過各種病毒基因的表達(dá)來抑制和破壞寄主的免疫反應(yīng)[19~21]。目前,繭蜂病毒侵染血細(xì)胞的分子機(jī)理尚不清楚,但有報(bào)道顯示CypA參與了多種病毒的感染和復(fù)制[14,22]。
圖3 cypa沉默與抑制后相關(guān)基因的表達(dá)情況Fig.3 The expression of related genes when cypa was silenced and CypA was suppressed.A:qRT-PCR檢測cypa基因轉(zhuǎn)錄水平;B:Western blot檢測CypA蛋白表達(dá)水平;C:qRT-PCR檢測cypa沉默后vank86基因轉(zhuǎn)錄水平;D:qRT-PCR檢測CypA活性被抑制后vank86基因轉(zhuǎn)錄水平。注:Mock:未感染病毒組;MbBV:感染病毒組。*和**分別表示處理組數(shù)據(jù)與對照組相比差異顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)。
圖4 過表達(dá)cypa后相關(guān)基因的表達(dá)情況Fig.4 The expression of related genes when cypa was overexpressed in Hi5 cells.A:qRT-PCR檢測cypa基因轉(zhuǎn)錄水平;B:Western blot檢測CypA蛋白表達(dá)水平;C:qRT-PCR檢測感染細(xì)胞中過表達(dá)cypa后cypa基因轉(zhuǎn)錄水平;D:qRT-PCR檢測感染細(xì)胞中過表達(dá)cypa后vank86基因轉(zhuǎn)錄水平。注:Mock:未感染病毒組;MbBV:感染病毒組。*和**分別表示處理組數(shù)據(jù)與對照組相比差異顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)。
本研究為了探討繭蜂病毒在侵染昆蟲組織的過程中,CypA是否協(xié)助或參與了這一過程,采用1株粉紋夜蛾Hi5細(xì)胞作為研究對象,首先利用繭蜂病毒感染該細(xì)胞,經(jīng)PCR擴(kuò)增鑒定,結(jié)果(圖1)顯示在病毒感染的Hi5細(xì)胞中檢測到了4個作為檢測指標(biāo)的病毒基因(PTP109、vank86、vank92和vank101);而在未感染細(xì)胞中并未檢測到這4個病毒基因,表明該細(xì)胞可以被雙斑側(cè)溝繭蜂病毒感染,而且進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄。vank86基因?qū)儆陔p斑側(cè)溝繭蜂病毒中編碼錨蛋白結(jié)構(gòu)域的成員之一,這一類基因在病毒基因組中所占比例較高,與果蠅中的IκB基因高度同源,研究顯示vank86可能與核轉(zhuǎn)錄因子NF-κB的抑制有關(guān),從而參與了繭蜂病毒對寄主免疫系統(tǒng)的抑制[3]。由于繭蜂病毒基因數(shù)量眾多,很難做到對每一個繭蜂病毒基因感染昆蟲細(xì)胞的過程進(jìn)行檢測。因此,為了確定繭蜂病毒在感染Hi5細(xì)胞時(shí)是否與CypA有關(guān),本研究選取繭蜂病毒基因中的典型基因vank86,作為后續(xù)實(shí)驗(yàn)中繭蜂病毒的檢測指標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn),在繭蜂病毒感染的細(xì)胞中,在cypa被沉默或CypA活性被CsA抑制時(shí),vank86基因轉(zhuǎn)錄水平顯著下降(圖3C、D);而在過表達(dá)cypa時(shí),vank86基因轉(zhuǎn)錄水平則明顯升高(圖4)。這些現(xiàn)象表明繭蜂病毒在感染Hi5細(xì)胞的過程中,以vank86為代表的繭蜂病毒基因的轉(zhuǎn)錄水平,會隨著CypA活性及其基因轉(zhuǎn)錄水平、蛋白表達(dá)水平的變化而產(chǎn)生同樣的變化趨勢,兩者之間可能存在一定的正相關(guān)。
目前,大量的研究主要集中于繭蜂病毒是如何抑制寄主的免疫反應(yīng)和發(fā)育的[23,24],而其侵染機(jī)制的研究尚未見報(bào)道。本研究首次試圖去探討繭蜂病毒侵染昆蟲細(xì)胞的機(jī)制,但由于尚未獲得各種繭蜂病毒蛋白的相關(guān)特異性抗體,因此在研究過程中主要檢測了當(dāng)宿主細(xì)胞內(nèi)CypA發(fā)生變化時(shí)繭蜂病毒基因vank86的轉(zhuǎn)錄水平,但其翻譯水平的變化尚不可知。由此可見,本研究的研究結(jié)果存在一定的局限性。此外,還需進(jìn)一步研究繭蜂病毒中其他基因的變化情況,特別是CypA是否與繭蜂病毒中的一些蛋白存在相互作用,從而幫助繭蜂病毒的侵染。
總而言之,通過本研究發(fā)現(xiàn)CypA可能參與了繭蜂病毒侵染昆蟲細(xì)胞的過程,但其如何協(xié)助或參與繭蜂病毒的侵染過程及具體分子機(jī)理等還需進(jìn)一步探究。而闡明繭蜂病毒侵染昆蟲的分子機(jī)理,一方面可以完善寄生蜂對宿主的寄生機(jī)制,另一方面為尋找和開發(fā)新的生物防治資源提供一定的依據(jù)。
參 考 文 獻(xiàn)
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