生長分化因子15基因的克隆及重組原核表達載體的構建

董艷敏 劉滿宇 張文慧 張林波

摘 要：為克隆人生長分化因子15基因，構建hGDF15基因的重組原核表達載體，為研究該基因的功能奠定實驗基礎，利用PCR技術克隆其基因序列，將其分別連接至pET28a和pColdI載體，構建重組pET28a-hGDF15和pColdI-hGDF15原核表達載體，并進行質粒PCR和雙酶切驗證以及測序驗證。結果表明：重組載體構建成功，為進一步研究hGDF15蛋白的作用機制奠定基礎。

關鍵詞：人生長分化因子15；原核載體

中圖分類號 Q78 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2018）11-0013-03

Abstract：For gene clone growth differentiation factor 15， constructing hGDF 15 gene recombinant prokaryotic expression vector， which laid the foundation for the study of the function of this gene， cloning the gene sequences using the PCR technology. Its connection to pET28a and pColdI carrier respectively， construct recombinant pET28a hGDF15 and pColdI hGDF15 prokaryotic expression vector， and verified plasmid PCR and double enzyme digestion and sequencing.The results show that the method of recombinant carrier is successful， which lays a foundation for further research on the mechanism of hGDF15 protein.

Key words：Human growth differentiation factor 15；Prokaryotic vector

糖尿?。―iabetes）是一類由遺傳、環(huán)境、免疫等因素引起的嚴重威脅人類生命健康的慢性代謝障礙性疾病，其基本病理特征為胰島素分泌絕對或相對不足，或外周組織對胰島素敏感性的降低導致糖、脂肪、蛋白質、水及鹽代謝紊亂的一種疾病[1-3]。近幾年，全球糖尿病患病率逐年上升，預計到2030年，世界糖尿病患者人數將達到4.39億[4-5]，但其病因和發(fā)病機制尚不完全明確。目前，糖尿病分為Ⅰ型糖尿病、Ⅱ型糖尿病、內分泌性糖尿病、藥物或化學誘導的糖尿病、伴有其他遺傳綜合癥的糖尿病和妊娠期糖尿病等[6-7]。其中Ⅰ型糖尿病是因為β細胞被破壞，致使胰島素的絕對不足。而Ⅱ型糖尿病是由于胰島素分泌相對不足產生的胰島素抵抗，這種類型糖尿病占患者總數的90%以上，主要表現為體型較肥胖，有口干、口渴等癥狀[8-10]。

人生長分化因子15（human growth differentiation factor -15，hGDF15）是TGF-β超家族的成員之一，于1997年由Bootcov[11]等首次從人的骨髓單核細胞系統(tǒng)U937 cDNA文庫中被分離出來。目前，有大量證據表明hGDF15與肥胖及Ⅱ型糖尿病的發(fā)生與發(fā)展有著密切聯系，如Kali[12]等研究比較GDF15的轉基因小鼠與野生型小鼠，發(fā)現轉基因小鼠能更好地預防飲食誘導產生的肥胖且有更高的胰島素敏感性，同時發(fā)現轉基因小鼠體內的棕色脂肪中脂肪分解標志物表達量增多。Macia[13]等對GDF15轉基因小鼠進行腹腔注射葡萄糖耐量試驗發(fā)現，轉基因小鼠血糖下降明顯，表明GDF15對葡萄糖耐受情況有所改善。Li[14]等用高糖誘導人臍靜脈內皮細胞；推測出GDF15用負反饋的方式調節(jié)高糖誘導的活性氧簇表達，間接地改善胰島素抵抗的情況。隨著研究不斷深入，hGDF15可能為肥胖和糖尿病的治療帶來新的方向，為患者帶來福音。

本研究通過分子生物學手段，克隆hGDF15基因并構建重組原核表達載體，為下一步研究hGDF15在動物體內的作用機制奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 質粒和主要試劑 原核表達載體pET28a載體由本實驗室保存、pColdⅠ購自寶生物工程（大連）有限公司。限制性內切酶NheⅠ、SacⅠ、Hind Ⅲ酶、T4 DNA ligase、10×T4 DNA ligase buffer、DL 2000 DNA Marker（TaKaRa）；質粒提取試劑盒（Gene Mark）；AxyPrep DNA凝膠回收試劑盒（Axygen公司）、PCR產物純化試劑盒（Sangon Bietech）。

1.2 方法

1.2.1 hGDF15基因引物設計 根據Genebank中公布的hGDF15基因序列，用Primer5.0進行引物設計，如表1。

1.2.2 hGDF15基因的PCR擴增 設計完成后送至上海生工生物工程有限公司合成。以攜帶hGDF-15成熟肽基因的原始質粒為模板，以P1/P2和P3/P4為引物擴增hGDF15基因，退火溫度分別為56℃、68℃，擴增體系為P1/P2、P3/P4各1μL，模板1μL，ExTaq mix 12.5μL，ddH2O 9.5μL，PCR反應參數為：95℃預變性3min，95℃變性30s，56℃、68℃復性30s，72℃延伸1min，共計30個循環(huán)，最后72℃再延伸10min，4℃保溫10min。反應結束后，制備1%瓊脂糖凝膠，120V，電泳25min。

1.2.3 重組pET28a-hGDF15、pColdI-hGDF15載體構建及驗證 使用AxyPrep DNA凝膠回收試劑盒回收PCR產物，將回收純化的PCR產物與pET28a載體分別用NheⅠ、Hind Ⅲ雙酶切，PCR產物與pColdI載體分別用SacⅠ、Hind Ⅲ雙酶切，產物用Sangon Bietech試劑盒進行純化回收。純化回收的基因與載體酶切產物連接，連接體系為T4 DNA ligase（350U/μL）1μL、10×T4 DNA Ligase buffer 1μL、pET28a 1.2μL、回收目的基因3.6μL、ddH2O 3.2μL，金屬浴16℃連接過夜，16h。將重組質粒轉化E.coli DH5α，轉化后將菌液分別涂布于含有卡那抗性、氨芐抗性的LB固體培養(yǎng)基，37℃培養(yǎng)過夜，挑取陽性單克隆菌落分別置于含卡那抗生素、氨芐抗生素LB液體培養(yǎng)基內，振蕩過夜。提取重組質粒，并進行重組質粒PCR及雙酶切驗證，驗證成功后送至上海生工測序。

2 結果與分析

2.1 hGDF15基因的PCR擴增結果 經PCR擴增得到的hGDF15基因，其片段長度為339bp左右，目的基因產物條帶清晰，條帶與預期位置相一致（圖1、2）。

2.2 重組pET28a-hGDF15和pColdI-hGDF15原核表達載體的鑒定 利用質粒提取試劑盒提取重組質粒，將2個重組質粒經PCR和雙酶切驗證，發(fā)現與目的基因大小相一致，且條帶單一無雜帶，重組原核表達載體驗證成功后將其送至上海生工進行測序。對測序結果與Genbank中和hGDF15的序列進行比對，經DNAMAN Version5.2.2分析顯示，二者氨基酸序列相似性為100%，說明重組pET28a-hGDF15和pColdI-hGDF15原核表達載體構建成功（圖3、4、5、6、7、8）。

3 討論

近年來，隨著人們生活水平的提高，人們的飲食習慣發(fā)生著不合理的改變，各種代謝類疾病，如肥胖、高血脂癥和糖尿病的患病數量逐年增加，呈上升趨勢[15-17]。生長分化因子15（GDF15）是轉化生長因子-β（TGF-β）超家族之一，其主要在巨噬細胞、脂肪細胞及內皮細胞中表達[18-19]。作為一種新型脂肪細胞因子，GDF15具有抗炎、促進氧化代謝、抑制食欲和減輕體重[20-21]的作用，能夠改善肥胖和糖耐量[22]，有望成為治療肥胖和Ⅱ型糖尿病的外周新靶點[23]。

pET28a載體為目前常用的原核表達載體，含有T7啟動子以及多克隆位點，保證外源基因能夠在大腸桿菌中復制。同時大腸桿菌表達系統(tǒng)因其易于操作、成本低廉、能夠大規(guī)模快速生產等優(yōu)點而被廣泛應用。pColdI是Qing[24]等人利用冷休克基因cspA啟動子開發(fā)了一系列獨特性的冷休克表達載體，當溫度突然下降時，原核生物和真核生物表現出冷激反應，通過合成冷休克蛋白來克服冷休克帶來的不利影響。在低溫下表達重組蛋白使大腸桿菌自身蛋白質合成受到抑制，促進目的蛋白正確折疊并增加蛋白質的可溶性。二者有利于實驗后期hGDF15蛋白的大量表達及純化。

為研究hGDF15蛋白在體內的作用方式，通過基因工程技術構建pET28a-hGDF15和pColdI-hGDF15重組原核表達載體，經過質粒PCR及質粒雙酶切驗證，載體構建成功，為進一步研究hGDF15蛋白在體內的作用機制奠定基礎。

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（責編：王慧晴）