人源ADAM17基因干擾表達(dá)載體的構(gòu)建與鑒定

張春利，蔡徐山，宦 宇，齊結(jié)華，王曉青，王東江

(上海市嘉定區(qū)婦幼保健院檢驗(yàn)科，上海 201821)

去整合素金屬蛋白酶17(ADAM17)是去整合素金屬蛋白酶家族(ADAMs)的重要成員之一。ADAMs是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的一類(lèi)具有金屬蛋白酶活性的細(xì)胞膜表面糖蛋白，迄今為止已發(fā)現(xiàn)有40多個(gè)成員，這些成員大多含有金屬蛋白酶結(jié)構(gòu)域，它們參與了多種生物學(xué)功能，包括生育、黏附、遷移、炎癥、蛋白水解、細(xì)胞傳導(dǎo)以及腫瘤的發(fā)生發(fā)展等[1]，目前研究較多的是ADAM10、ADAM17。ADAM17的前體結(jié)構(gòu)域能與鋅催化位點(diǎn)相結(jié)合，只有當(dāng)其前體結(jié)構(gòu)域被蛋白酶水解后，ADAM17才具有酶催化活性，從而參與多種蛋白的水解[2]。ADAM17的一個(gè)重要功能是能剪切細(xì)胞膜上沒(méi)有活性的腫瘤壞死因子-α(TNF-α)，并與相應(yīng)受體結(jié)合，激活下游信號(hào)通路，參與一系列生物學(xué)過(guò)程，所以ADAM17又稱(chēng)為腫瘤壞死因子α轉(zhuǎn)換酶(TACE)[3]。已有研究表明，ADAM17在多種腫瘤中表達(dá)水平明顯升高，并在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要的促進(jìn)作用，因此有必要對(duì)ADAM17進(jìn)行深入的研究。

RNA干擾(RNAi)是一種由雙鏈RNA所誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄后基因表達(dá)沉默現(xiàn)象，通過(guò)RNAi途徑，特異地降解其目的基因，從而抑制該目的基因的表達(dá)[4]。RNAi技術(shù)對(duì)靶基因的沉默具有高效、特異、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便、操作方便等特點(diǎn)。近年來(lái)在基因功能研究及相應(yīng)的后續(xù)基因治療中已有較廣泛的應(yīng)用。本研究旨在構(gòu)建能夠有效靶向人源ADAM17基因的shRNA表達(dá)質(zhì)粒，從而為后續(xù)研究做準(zhǔn)備。

1 材料與方法

1.1材料來(lái)源 人胰腺癌細(xì)胞株(PANC1)、感受態(tài)細(xì)胞stbl3、pLKO.1-puro載體由江蘇大學(xué)醫(yī)學(xué)院提供。高糖DMEM溶液購(gòu)自Wisent公司；PBS溶液購(gòu)自Hyclone公司；胰蛋白酶粉購(gòu)自生興公司；胎牛血清FBS購(gòu)自Gibco公司；DMSO購(gòu)自Sigma公司；轉(zhuǎn)染試劑Lipofectamine 2000購(gòu)自Promega公司；限制性內(nèi)切酶EcoRⅠ和AgeⅠ購(gòu)于NEB公司；逆轉(zhuǎn)錄試劑盒、預(yù)染蛋白質(zhì)Marker、DNA相對(duì)分子質(zhì)量Marker DL2000、DL15 000購(gòu)自Thermo公司；2×Green PCR Mix、2×SYBR Green Mix購(gòu)自TransGen公司；PVDF膜購(gòu)自BIO-RAD公司；兔抗人ADAM17抗體購(gòu)自Cell Signaling公司；鼠抗人GAPDH抗體購(gòu)自Santa Cruz公司；羊抗兔、羊抗鼠二抗購(gòu)于Santa Cruz公司；dsDNA oligos由生工(上海)股份有限公司合成；30%丙烯酰胺購(gòu)于蘇州圣康科技公司；T4連接酶購(gòu)自takara；Trizol、柱式質(zhì)粒DNA小量抽提試劑盒、柱式DNA膠回收試劑盒購(gòu)于生工(上海)股份有限公司；DNA測(cè)序由生工(上海)股份有限公司完成。

1.2方法

1.2.1ADAM17干擾表達(dá)載體的構(gòu)建 根據(jù)Sigma公司提供的ADAM17干擾序列5′-CCG GCC CAT GAA GAA CAC GTG TAA ACT CGA GTT TAC ACG TGT TCT TCA TGG GTT TTT G-3′，5′-AAT TCA AAA ACC CAT GAA GAA CAC GTG TAA ACT CGA GTT TAC ACG TGT TCT TCA TGG G-3′，以干擾與人的任何基因序列均無(wú)同源關(guān)系的eGFP為陰性對(duì)照，序列為5′- CCG GTA CAA CAG CCA CAA CGT CTA TCT CGA GAT AGA CGT TGT GGC TGT TGT ATT TTT-3′，5′-AAT TAA AAA TAC AAC AGC CAC AAC GTC TAT CTC GAG ATA GAC GTT GTG GCT GTT GTA-3′，送至生工(上海)股份有限公司合成。將ADAM17基因shRNA的正鏈、反鏈退火形成雙鏈DNA。該DNA片段含有限制性內(nèi)切酶AgeⅠ和EcoRⅠ所能識(shí)別的黏性末端；將該退火雙鏈DNA與pLKO.1載體經(jīng)AgeⅠ和EcoRⅠ雙酶切后膠回收的產(chǎn)物在T4連接酶的作用下進(jìn)行連接，將連接好的產(chǎn)物轉(zhuǎn)化到感受態(tài)細(xì)胞Stbl3中，并涂于含有氨芐青霉素的培養(yǎng)板上進(jìn)行篩選培養(yǎng)。挑取單克隆菌落進(jìn)行擴(kuò)增，用菌液PCR鑒定，并提取質(zhì)粒送往生工基因測(cè)序鑒定。

1.2.2轉(zhuǎn)染PANC1細(xì)胞 將PANC1細(xì)胞培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，并接種到6孔板中。每孔加入約2 μL無(wú)抗生素培養(yǎng)基，培養(yǎng)細(xì)胞至融合度約為70%～80%時(shí)，參照Lipofectamine 2000說(shuō)明書(shū)的方法將ADAM17 shRNA及陰性對(duì)照組eGFP shRNA分別轉(zhuǎn)染至PANC1 細(xì)胞中，5～6 h后更換為完全培養(yǎng)基，繼續(xù)培養(yǎng)。

1.2.3q-PCR檢測(cè)重組載體干擾效果 將上述轉(zhuǎn)染細(xì)胞培養(yǎng)48 h，Trizol法提取總RNA，逆轉(zhuǎn)錄得到cDNA，再根據(jù)TransGen qPCR(SYBR)試劑盒的說(shuō)明書(shū)來(lái)擴(kuò)增。ADAM17上游引物序列:5′-AGA GCT GAC CCA GAT CCC AT-3′，下游引物序列:5′-TAC TCT CTT CCC CTC TGC CC-3′。GAPDH上游引物序列:5′-TGG GGA AGG TGA AGG TCG G-3′，下游引物序列:5′-CTG GAA GAT GGT GAT GGG A-3′。以GAPDH為內(nèi)參，以2-△△Ct法分別計(jì)算并比較干擾組和對(duì)照組ADAM17 mRNA的表達(dá)水平。

1.2.4Western blot檢測(cè)重組載體干擾效果 收集轉(zhuǎn)染48 h后的干擾組和對(duì)照組PANC1細(xì)胞，用細(xì)胞裂解液提取各組總蛋白，進(jìn)行10% SDS-PAGE電泳，將蛋白轉(zhuǎn)移至PVDF膜上后，用5%脫脂奶粉室溫封閉1 h，再用抗人ADAM17的兔源抗體(1∶1 000，3% BSA) 4 ℃孵育過(guò)夜，以β-tubulin為內(nèi)參。次日，TBST洗膜5 min，并重復(fù)3次，加入HRP(辣根過(guò)氧化物酶)標(biāo)記的山羊抗兔IgG(二抗，1∶5 000)，室溫反應(yīng)1 h；TBST洗膜后，用ECL試劑進(jìn)行顯影并檢測(cè)。

1.2.5CCK-8法檢測(cè)所構(gòu)建質(zhì)粒對(duì)PANC1細(xì)胞增殖能力的影響 將轉(zhuǎn)染12 h后的各組細(xì)胞以1×103/孔的濃度接種于96孔板，并設(shè)置空白對(duì)照組(無(wú)細(xì)胞)，分別于24、48、72 h加入10 μL CCK-8溶液，避光孵育2 h后，用酶標(biāo)儀490 nm波長(zhǎng)測(cè)量各孔的吸光度。重復(fù)實(shí)驗(yàn)3次后取平均值，以時(shí)間為橫坐標(biāo)、吸光度為縱坐標(biāo)繪制生長(zhǎng)曲線。

2 結(jié) 果

2.1靶向ADAM17基因干擾表達(dá)載體的構(gòu)建 菌液經(jīng)PCR擴(kuò)增后，所得產(chǎn)物進(jìn)行2%瓊脂糖凝膠電泳，結(jié)果顯示，產(chǎn)物1、3、4、5、6均有目的條帶(圖1)，將這5個(gè)菌液培養(yǎng)擴(kuò)增并提取質(zhì)粒后測(cè)序，測(cè)序結(jié)果完全正確(圖2)。

注：M為DNA 2 000 bp marker;1 、2、3、4、5、6為不同菌落

圖1菌液PCR產(chǎn)物瓊脂糖凝膠電泳圖譜

圖2 重組質(zhì)粒pLKO.1-puro ADAM17 shRNA的測(cè)序圖譜

2.2熒光定量 PCR 檢測(cè) pLKO.1-puro ADAM17 shRNA干擾效果 為了明確 ADAM17 在轉(zhuǎn)染后被干擾的效果，本研究用qPCR檢測(cè)轉(zhuǎn)染后不同組的mRNA 表達(dá)水平。如圖 3 所示，與對(duì)照組相比較，轉(zhuǎn)染ADAM17干擾載體的PANC1細(xì)胞，ADAM17 mRNA表達(dá)水平下調(diào)了65%以上，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

注：*P<0.05，與sh-eGFP組比較

圖3q-PCR評(píng)估shRNA干擾效果

2.3Western Blot檢測(cè) pLKO.1-puro ADAM17 shRNA干擾效果 Western Blot 檢測(cè)結(jié)果顯示(圖4)，與對(duì)照組相比較，轉(zhuǎn)染ADAM17干擾載體的PANC1細(xì)胞，ADAM17蛋白的表達(dá)水平顯著降低，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，這說(shuō)明所構(gòu)建質(zhì)粒對(duì)ADAM17蛋白的表達(dá)有明顯的抑制作用，因此可用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

2.4CCK-8實(shí)驗(yàn)檢測(cè)pLKO.1-puro ADAM17 shRNA對(duì)PANC1細(xì)胞增殖的影響 為分析pLKO.1-puro ADAM17 shRNA對(duì) PANC1細(xì)胞增殖速率的影響，分別在質(zhì)粒轉(zhuǎn)染后的24、48、72 h檢測(cè)96孔板中各組細(xì)胞吸光度，分析其增殖情況。與對(duì)照組相比，干擾組細(xì)胞增殖速率明顯降低(圖5)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

注：*P<0.05,與sh-eGFP組比較

圖4WesternBlot評(píng)估shRNA干擾效果

注：*P<0.05，與sh-eGFP組比較

圖5pLKO.1-puroADAM17shRNA對(duì)PANC1

細(xì)胞增殖的影響

3 討 論

去整合素-金屬蛋白酶家族(ADAMs)是一類(lèi)鋅依賴(lài)性的跨膜糖蛋白，它們有5個(gè)基本功能：蛋白水解、生物活性因子釋放、附著、融合和細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，因此，它們?cè)谏锇l(fā)育和生存中的作用是復(fù)雜的、多方面的[5-6]。其中，ADAM17和腫瘤的關(guān)系已成為研究的熱點(diǎn)，越來(lái)越多的研究表明，ADAM17在人類(lèi)多種腫瘤中呈現(xiàn)高表達(dá)，而在正常細(xì)胞中表達(dá)很少，具有一定的腫瘤細(xì)胞特異度，并促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移、侵襲。Oh ST等通過(guò)免疫組化發(fā)現(xiàn)，ADAM17在皮膚鱗狀細(xì)胞癌中的表達(dá)水平升高，且隨分化程度越來(lái)越低，ADAM17的表達(dá)水平越來(lái)越高[7]；在肝癌中，ADAM17通過(guò)EGFR/PI3K/Akt通路介導(dǎo)了化療抵抗[8]；CHEN等[9]的研究結(jié)果表明，miR-338-3p在胃癌中的表達(dá)水平降低，而過(guò)表達(dá)miR-338-3p后，胃癌細(xì)胞的增殖、遷移、侵襲能力均被抑制，但ADAM17可以逆轉(zhuǎn)miR-338-3p的這些作用，促進(jìn)胃癌細(xì)胞增殖、遷移、侵襲；表皮生長(zhǎng)因子受體(EGFR)是原癌基因c-erbB1編碼的糖蛋白，屬于Ⅰ型跨膜酪氨酸激酶生長(zhǎng)因子受體，在許多人類(lèi)實(shí)體腫瘤中有表達(dá)或過(guò)度表達(dá)，與腫瘤的形成和發(fā)展有關(guān)，而ADAM17可水解釋放EGFR的多種配體[10-11]，HUANG等[12]的研究表明，ADAM17通過(guò)活化EGFR的多種配體，促進(jìn)了頭頸鱗狀細(xì)胞癌的增殖、遷移；在腎癌細(xì)胞中，MicroRNA-145的降低使ADAM17表達(dá)水平升高，從而導(dǎo)致了腎癌的惡性進(jìn)展[13]。綜上所述，ADAM17在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中有一定的促進(jìn)作用，有可能成為預(yù)測(cè)惡性腫瘤是否轉(zhuǎn)移及預(yù)后的重要標(biāo)志物。

RNAi是一種抑制基因表達(dá)的技術(shù)，通過(guò)小干擾RNA(siRNA)，降解同源mRNA，從而沉默特定基因表達(dá)[14-15]。其中，siRNA可通過(guò)體外轉(zhuǎn)錄或用化學(xué)方法合成，但化學(xué)合成siRNA成本較高、不能持續(xù)抑制基因表達(dá)、且易于污染，體外轉(zhuǎn)錄法得到的siRNA量有限，而shRNA可以解決這些問(wèn)題，shRNA是在編碼siRNA正、反鏈之間添加一段不互補(bǔ)的堿基序列，使RNA折疊成發(fā)卡結(jié)構(gòu)形成loop環(huán)，與相應(yīng)的載體連接構(gòu)成質(zhì)粒后，轉(zhuǎn)染進(jìn)入細(xì)胞，經(jīng)胞質(zhì)中的核酸酶切割成siRNA，siRNA解鏈后再與RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物(RISC)相結(jié)合，識(shí)別與其序列互補(bǔ)配對(duì)的同源mRNA，降解mRNA從而沉默目的基因[16]。該方法無(wú)需直接操作RNA，且作用效果更好，有更加廣泛的應(yīng)用前景。

本研究成功構(gòu)建了人ADAM17基因干擾表達(dá)載體，在菌液PCR結(jié)果中，產(chǎn)物2沒(méi)有目的條帶，這可能是由于操作過(guò)程中不夠嚴(yán)謹(jǐn)而出現(xiàn)雜菌污染，但其余5個(gè)產(chǎn)物均在相應(yīng)位置有條帶，且提取質(zhì)粒后，測(cè)序結(jié)果完全正確。用該質(zhì)粒轉(zhuǎn)染人胰腺癌細(xì)胞PANC1，有效地下調(diào)了PANC1細(xì)胞中ADAM17 mRNA和蛋白水平的表達(dá)，同時(shí)，轉(zhuǎn)染后細(xì)胞的增殖能力明顯被抑制。

4 結(jié) 論

本研究將靶向ADAM17的shRNA連接到了pLKO.1-puro載體中，測(cè)序成功后，瞬時(shí)轉(zhuǎn)染至胰腺癌細(xì)胞PANC1，顯著降低了實(shí)驗(yàn)組細(xì)胞中ADAM17的mRNA和蛋白表達(dá)水平，說(shuō)明該質(zhì)粒構(gòu)建成功；實(shí)驗(yàn)組細(xì)胞增殖速率顯著降低，說(shuō)明該質(zhì)?？稍隗w外培養(yǎng)的腫瘤細(xì)胞中發(fā)揮作用，為進(jìn)一步研究ADAM17在腫瘤發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中的作用及機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。