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Construction of Adenovirus Vector Containing Rat β-catenin or ΔN90 Gene and Its Expression in MSCs

β-catenin和突变体ΔN90腺病毒载体的构建及其在MSCs中的表达



全 文 :·研究报告·
生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2013年第11期
目前研究基因功能的重要方法就是改变基因
的表达水平,运用最广泛的是腺病毒(adenovirus,
Ad)载体,由于其 E1、E3 区的缺失,致使病毒的
复制缺陷,不会引起宿主细胞的损伤或病毒扩散,
不仅能感染繁殖期的细胞,而且能感染非分裂期的
收稿日期 :2013-04-22
基金项目 :国家自然科学基金资助项目(30870642,31071220)
作者简介 :崔恒进,男,硕士,研究方向 :细胞生物学 ;E-mail :cuihengjin2008@163.com
通讯作者 :张焕相,男,教授,博士生导师,研究方向 :干细胞与组织工程 ;E-mail :hzhang@suda.edu.cn
β-catenin 和突变体 ΔN90 腺病毒载体的构建及其在
MSCs 中的表达
崔恒进  王春燕  胡君  谢桂琴  徐晓静  张焕相
(苏州大学基础医学与生物科学学院 江苏省干细胞研究重点实验室,苏州 215123)
摘 要: 旨在研究β-catenin 对MSCs迁移的作用,构建β-catenin 和突变体ΔN90的重组腺病毒载体,在MSCs中验证其表达情况。
将目的基因定向克隆到 pAdTrack-CMV 穿梭载体上,并经 Pme Ⅰ线性化后在 BJ5183 细菌中与 pAdEasy-1 骨架质粒同源重组,获得
重组腺病毒载体,在 QBI-293A 细胞中包装和扩增。结果显示,酶切和测序证实 Ad-β-catenin 和 Ad-ΔN90 质粒构建正确,荧光显微
镜可观察到GFP的表达,并选出150 MOI为最适感染MSCs的感染复数,Western blot检测到Ad-β-catenin和Ad-ΔN90都能增加β-catenin
的蛋白表达量,TOPFlash 检测到 Ad-β-catenin 和 Ad-ΔN90 都能增加 β-catenin 的转录活性。说明成功构建 Ad-β-catenin 和 Ad-ΔN90
腺病毒载体,并获得高滴度病毒子。
关键词 : 腺病毒载体 β-catenin ΔN90 骨髓间充质干细胞 构建
Construction of Adenovirus Vector Containing Rat β-catenin or ΔN90
Gene and Its Expression in MSCs
Cui Hengjin Wang Chunyan Hu Jun Xie Guiqin Xu Xiaojing Zhang Huanxiang
(Jiangsu Province Key Laboratory of Stem Cell Research,School of Biology and Basic Medical Sciences,
Soochow University,Suzhou 215123)
Abstract:  To construct the recombinant adenovirus vector containing β-catenin or ΔN90 gene for later research of the mechanism of
β-catenin in MSCs migration. β-catenin or ΔN90 cDNA was inserted into a pAdTrack-CMV transfer vector, linearized with Pme Ⅰ digestion and
pAdEasy-1 backbone vector was further cotransformed into the bacteria BJ5183 competent cells for homologous recombination adenoviruse Ad-
β-catenin or Ad-ΔN90. Then they were linearized and transfected into QBI-293A cells by LipofectamineTM2000. Through PCR, endonuclease
cutting and gene sequencing, the target gene was verifed to be correctly cloned in adenovirus vector. The high expression of green fluorescence
protein in QBI-293A cell line was found under fluorescent microscope. Compared with control group, the β-catenin expression was obviously
increased 48 h after infection with Ad-β-catenin or Ad-ΔN90. TOPFlash assay confirmed that Ad-β-catenin and Ad-ΔN90 results in a dramatic
increase in signaling activity. The recombinant adenovirus vectors of β-catenin and ΔN90 were successfully constructed and the adenovirus was
packaged in QBI-293A cell line.
Key words:  Adenovirus vector β-catenin ΔN90 MSCs Construction
细胞,是一种比较安全、感染效率高的载体[1]。近
来研究发现,Wnt/β-catenin 信号通路可调控细胞的
增殖、分化及迁移等生物学行为,而 β-catenin 是
Wnt/β-catenin 信 号 通 路 中 的 一 个 关 键 蛋 白, 具 有
调控信号转导的功能,在细胞迁移中起重要的作
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2013年第11期154
用[2-5]。为此,本研究构建 β-catenin 全长和氨基端
缺失 90 个氨基酸的突变体 ΔN90 腺病毒载体,并制
备出病毒,检测病毒滴度后感染 MSCs,筛选出最适
MSCs 的病毒感染复数,以待进一步探究改变 MSCs
中 β-catenin 表达活性后对其迁移的影响,方便后续
试验的开展。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 试验动物 Sprague Dawley(SD)大鼠(清洁
级),体重 150 g 左右,由苏州大学实验动物中心提
供。动物实验依照《中华人民共和国实验动物管理
条例》和《苏州大学实验动物管理办法》实施执行。
1.1.2 质 粒 和 菌 株 pMD19-T 质 粒 载 体 购 自 宝
生 物 工 程( 大 连 ) 有 限 公 司 ;腺 病 毒 骨 架 质 粒
pAdEasy-1、腺病毒穿梭质粒 pAdTrack-CMV 由苏州
大学杨吉成教授惠赠 ;大肠杆菌 BJ5183、XLB 及细
胞株 QBI-293A 均为本实验室保存 ;RL-TK 质粒购自
Promega 公司 ;TOPFlash/FOPFlash 质粒购自 Upstate
公司。
1.1.3 主要试剂 内切酶 Pme I、Pac I 购自 Biolabs
公司 ;DNA marker、T4 DNA ligase、PCR Premix、
Xba I 及 Kpn I 内切酶购自 TaKaRa 公司 ;Lipofectam-
ineTM2000 为 Invitrogen 公司产品 ;小牛和胎牛血清为
Gibco 公司产品 ;RT-PCR Kit、E.Z.N.A Plasmid Mini
Kit I 试剂盒、AxyPrep DNA Gel Extraction Kit、Axy-
prep DNA 凝胶回收试剂盒购自 Omega 公司 ;Revert
Aid First Strand cDNA Synthesis kit 试 剂 盒 为 Thermo
产品 ;DNase、双荧光素酶检测试剂盒购自 Promega
公司 ;PCR 引物由上海生工生物工程公司合成 ;基
因测序由华大基因公司完成 ;其它试剂均为进口或
国产化学分析纯。
1.1.4 抗 体 兔 抗 β-catenin 多 克 隆 抗 体(Santa
cruz),鼠抗 β-actin 单克隆抗体,HRP 标记的羊抗兔
IgG、HRP 标记羊抗鼠 IgG(碧云天)。
1.2 方法
1.2.1 MSCs 的分离培养与扩增 取体重为 100-150
g 的 SD 大鼠,乙醚麻醉后,75% 的酒精浸泡消毒 5
min,分离后肢皮下组织,眼科剪剥离股骨、胫骨周
围肌肉和韧带,取出股骨、胫骨,75% 酒精消毒后,
移入超净台。剪断股骨、胫骨骨干两端,用 2 mL 注
射器吸取 L-DMEM 反复冲洗骨髓腔,吹打制成均匀
的细胞悬液。将骨髓细胞悬液缓缓加于 Percoll 细胞
分离液(密度是 1.073 g/mL)液面上(细胞悬液与
Percoll 细胞分离液工作液的体积比为 2∶1),3 000
r/min 离心 30 min。弃上清,吸取中间白膜层,PBS
清洗 2 遍,1 800 r/min,离心 10 min。用含 10% FBS
的 L-DMEM 培养基悬浮细胞,计数,将细胞密度调
至 2×106/mL,接种于 25 cm2 培养瓶中。置于细胞
培养箱中,37℃、饱和湿度、5% CO2 条件下培养。
每隔 3 d 换液一次。两周左右,原代细胞长至 80%-
90% 汇合,将培养瓶中原培养基用吸管吸出,加入
少量 PBS 以清洗掉死细胞和残留的培养基。加入 2
mL 0.25% 的胰酶 37℃消化,显微镜下观察 80%-
90% 的细胞回缩成圆形、少量细胞脱离瓶底时,加
入 2 mL 含 10% FBS 的 L-DMEM 培 养 基 终 止 消 化。
用吸管反复吹打瓶底,使所有细胞完全脱离瓶底,
1 000 r/min,离心 10 min,弃上清,加入含 10% FBS
的 L-DMEM 培养基重新悬浮,按 1∶2 比例传代接
种培养。
1.2.2 获取目的基因 根据大鼠 β-catenin mRNA 序
列(NCBI 登 录 号 :NM_053357.2), 用 Primer5.0 设
计引物(表 1)。PCR 扩增获得目的基因片段,程序
为 :94℃预变性 5 min ;94℃变性 30 s,退火温度由
引物而定 30 s,72℃延伸 2 min,共循环 35 次 ;最
后 72℃后延伸 10 min,1% 琼脂糖凝胶电泳鉴定,
并回收。胶回收产物与 pMD19-T 载体连接,在 XLB
感受态中转化,随机挑取阳性克隆,Kpn Ⅰ、Xba Ⅰ
双酶切,1% 琼脂糖电泳鉴定,测序由上海生工生物
表 1 引物序列与退火温度
引物编号和名称 引物序列(5-3) 产物大小(bp) 退火温度(℃) 酶切位点
P1 :β-catenin 上游 CGGGTACCATGGCTACTCAAGCTG
2 346 48
Kpn Ⅰ
P2 :β-catenin 下游 TGTCTAGATTACAGGTCGGTATCAAAC Xba Ⅰ
P3 :ΔN90 上游 TAGGTACCATGCGGGCTCAGAGGGTC
2 082 50
Kpn Ⅰ
P4 :ΔN90 下游 TGTCTAGATTACAGGTCGGTATCAAAC Xba Ⅰ
2013年第11期 155崔恒进等 :β-catenin 和突变体 ΔN90 腺病毒载体的构建及其在 MSCs 中的表达
工程技术服务有限公司完成。
1.2.3 构建 β-catenin 和 ΔN90 腺病毒穿梭质粒 将
构建的重组质粒 pMD19-T-β-catenin、pMD19-T-ΔN90
以及带有 GFP 标记基因的 pAdTrack-CMV 穿梭质粒,
用 Kpn Ⅰ和 Xba Ⅰ双酶切,酶切产物经胶回收后连
接,并用 XLB 感受态细菌转化,筛选出 pAdTrack-
β-catenin、pAdTrack-ΔN90 重组质粒的阳性克隆,同
时进行 PCR 和双酶切鉴定。
1.2.4 构建 β-catenin 和 ΔN90 重组腺病毒载体 将
构 建 正 确 的 pAdTrack-β-catenin、pAdTrack-ΔN90 重
组 质 粒 用 Pme Ⅰ,37 ℃ 单 酶 切 2 h 线 性 化 后, 分
别与 pAdEasy-1 腺病毒骨架质粒氯化钙法共转化
BJ5183 感 受 态 细 菌, 挑 选 阳 性 克 隆,Pac Ⅰ 单 酶
切及 PCR 鉴定,将构建正确的载体命名为 Ad-β-
catenin 和 Ad-ΔN90。
1.2.5 重 组 腺 病 毒 的 包 装、 扩 增 和 感 染 复 数 测
定 将构建成功的 Ad-β-catenin 和 Ad-ΔN90 腺病毒
经 Pac Ⅰ酶 37℃单酶切 3 h 酶切线性化后线性化后,
按 LipofectamineTM2000 操作说明转染 QBI-293A 细胞
进行包装,收获第一代腺病毒子后再感染 QBI-293A
细胞,经过多轮感染和扩增,收获高滴度的 Ad-β-
catenin 和 Ad-ΔN90 病毒子。取 3-5 代的大鼠骨髓间
充质干细胞,稀释细胞浓度为 105 个 /mL 后,在 96
孔板上按每孔 100 μL 接种细胞,培养 24 h 后,将收
获的病毒按 10 MOI、25 MOI、50 MOI、150 MOI 和
250 MOI 五个感染复数稀释病原液,每个稀释度按
每孔 100 μL 接种一排,37℃,5% CO2 细胞培养箱
里培养 48 h 后,荧光显微镜下进行荧光观察,选择
最好的感染复数进行后续试验。
1.2.6 Western blot 鉴定重组病毒子 用重组病毒子
和空载体病毒子阴性对照感染 MSCs,48 h 后收获细
胞,经煮沸裂解的细胞样品经 10% SDS-PAGE 电泳,
电转移至硝酸纤维素膜(NC 膜)上,经 5% 脱脂奶
粉封闭膜,然后依次将膜与一抗(37℃ 1.5 h 或 4℃
过夜)、二抗(室温孵育 1 h)孵育,ECL 显色、曝
光并拍照。
1.2.7 TOPFlash 检测 β-catenin 转录活性 将 P3 代
以上的 MSCs 以 1×105 密度接种至 96 孔板上,48 h
后分别取 150 ng 的 TOPFlash、FOPFlash 和 50 ng 的
pRL-TK 质粒加入到 100 μL 的 L-DMEM 中,轻轻混匀,
室温静置 5 min。吸取 0.5 μL LipofectamineTM2000 与
100 μL 的 L-DMEM,轻轻混匀,室温静置 5 min。将
稀释后的质粒与稀释的 LipofectamineTM2000 轻轻混
匀,室温静置 20 min。吸取 96 孔板内 MSCs 的培养基,
用 PBS 清洗 2 遍,然后加入混好的转染液,转染 6
h 后更换新鲜培养基。完全培养 24 h,多功能酶标
仪检测每孔中萤火虫荧光值和海肾荧光度值,两者
的比值即指示细胞内 Wnt/β-catenin 信号通路中转录
因子的激活水平。
2 结果
2.1 大鼠β-catenin和ΔN90基因片段的获得及鉴定
TRIZOL 法从 MSCs 中提取总 RNA,以其反转
录的 cDNA 为模板,用表 1 所列的引物 PCR 扩增出
β-catenin 和突变体 ΔN90 目的基因片段(图 1),其
大小与预期理论值大小相一致(β-catenin 片段大约
2 346 bp、突变体 ΔN90 片段大约 2 082 bp)(图 2-A)。
将 PCR 所获得的目的片段胶回收与 pMD19-T 连接,
筛选出 pMD19-T-β-catenin、pMD19-T-ΔN90 阳性克隆,
Kpn Ⅰ和 Xba Ⅰ双酶切鉴定在与 PCR 产物相同的位
置上出现了目的条带(图 2-B),测序结果经 BLAST
分析,与 GenBank 报道的序列基本一致。
N C
91
Armadillo Repeat
ΔN90
91
93 5 7 111 2 4 6 8 10 12 13 C
TCF/LEF 781
93 5 7 111 2 4 6 8 10 12 13
TCF/LEF
β-catenin
781
S33,S37,
T41,S45
图 1 β-catenin 和 ΔN90 结构示意图
2.2 β-catenin和ΔN90穿梭载体的构建及鉴定
Kpn Ⅰ和 Xba Ⅰ双酶切 pMD19-T-β-catenin、pM-
D19-T-ΔN90 和 pAdTrack-CMV,胶回收大小片段,连
接后转化构建 pAdTrack-β-catenin 和 pAdTrack-ΔN90
重组质粒。Kpn Ⅰ和 Xba Ⅰ双酶切重组质粒都获得
2 000 bp 左右的目的片段(图 3),表明已成功构建
出 pAdTrack-β-catenin 和 pAdTrack-ΔN90 重组质粒。
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2013年第11期156
效价均达到 107 pfu/mL(图 5),于 -80℃保存待用。
M 1 2
2346
2082
bp
2000
1000
750
500
250
bp
A
M 3 4
B
2000
1000
750
500
bp
2346
bp
2082
1 :β-catenin ;2 :ΔN90 ;3 :pMD19-T-β-catenin ;4 :pMD19-T-ΔN90 ;
M :DNA marker 2000
图 2 β-catenin、突变体 ΔN90 PCR 扩增(A)及 Kpn Ⅰ和
Xba Ⅰ双酶切鉴定(B)
M 1 2 3 4
2346
2082
bp
15000
7500
bp
10000
2500
1000
250
5000
1 :pAdTrack-β-catenin 质粒 ;2 :pAdTrack-ΔN90 质粒 ;3 :pAdTrack-
β-catenin 质 粒 双 酶 切 ;4 :pAdTrack-ΔN90 质 粒 双 酶 切 ;M :DNA
marker 15000
图 3 pAdTrack-β-catenin、pAdTrack-ΔN90 重组质粒(A)
及 Kpn Ⅰ和 Xba Ⅰ双酶切鉴定(B)
2.3 Ad-β-catenin和Ad-ΔN90重组腺病毒质粒的构
建及鉴定
将 构 建 好 的 pAdTrack-β-catenin、pAdTrack-
ΔN90 经 Pme Ⅰ线性化后,得到单条带的 pAdTrack-
β-catenin 和 pAdTrack-ΔN90 并 与 pAdEasy-1 骨 架 质
粒共转化 BJ5183 大肠杆菌感受态,在 BJ5183 大肠
杆菌感受态中穿梭质粒与骨架质粒重组,Kana 抗性
筛选阳性克隆,抽提质粒进行 Pac Ⅰ酶切鉴定出现
15 000 bp 以上的大片段和 4 500 bp 左右的小片段,
以此为模板 PCR 鉴定,出现 2 000 bp 左右的条带(图
4)。表明 Ad-β-catenin 和 Ad-ΔN90 重组腺病毒质粒
已成功构建。
2.4 重组病毒子的获得
重组正确的同源重组 Ad-β-catenin 和 Ad-ΔN90
质粒,经 Pac Ⅰ线性化后用 LipofectamineTM2000 转
染 QBI-293A 细胞,5 d 后在显微镜下可观察到荧光
(图 5),7-10 d 后,收集经细胞反复冻融的重组病毒
子 Ad-β-catenin 和 Ad-ΔN90。经多轮感染后,检测
bp
15000
5000
7500
10000
2500
1000
M1 1 2 3 4 5 6 M2
bp
4500
2346
2082
1 :Ad-β-catenin ;2 :Ad-β-catenin 酶 切 鉴 定 ;3 :Ad-β-catenin PCR 鉴 定 ;
4 :Ad-ΔN90 ;5 :Ad-ΔN90 酶 切 鉴 定 ;6 :Ad-ΔN90 PCR 鉴 定 ;M1 :DNA
marker 15000 ;M2 :DNA marker 2000
图 4 Ad-β-catenin 和 Ad-ΔN90 重组病毒质粒构建及鉴定
Ad-β-catenin
Ad-ΔN90
व㻵ㅜ5ཙ ㅜ3⅑ᢙ໎48 h
250 μm 250 μm
250 μm 250 μm
图 5 荧光显微镜观察同源重组质粒转染 QBI-293A 细胞
2.5 病毒感染复数测定
荧光显微镜下进行荧光计数,选择 150 MOI 为
最适感染复数(图 6),后续试验均用此感染复数感
染间充质干细胞。
50 MOI
Ad-β-catenin
Ad-ΔN90
100 MOI 150 MOI 250 MOI
250 μm 250 μm 250 μm 250 μm
250 μm 250 μm 250 μm 250 μm
图 6 荧光显微镜观察腺病毒转染大鼠骨髓间充质干细胞 48 h
2.6 腺病毒感染MSCs对β-catenin表达和转录活性
的影响
为 了 检 测 Ad-β-catenin 和 Ad-ΔN90 感 染 MSCs
后的效果,Western blot 检测细胞中 β-catenin 蛋白
的表达情况。结果(图 7)显示,与空载体组和
空白组相比,感染 Ad-β-catenin 和 Ad-ΔN90 试验组
2013年第11期 157崔恒进等 :β-catenin 和突变体 ΔN90 腺病毒载体的构建及其在 MSCs 中的表达
都可以促进 β-catenin 的表达(92 kD),Ad-ΔN90 能
显 著 增 加 稳 定 的 β-catenin 表 达 量(78 kD)。 通 过
TOPFlash/FOPFlash 双荧光素酶报告基因检测 Ad-β-
catenin 和 Ad-ΔN90 感染 MSCs 后细胞中 β-catenin 转
录活性的变化,结果(图 8)显示,与空载体组和空白
组相比,Ad-β-catenin 试验组细胞中的 TOPFlash 报
告基因活性增加了 12 倍,Ad-ΔN90 试验组细胞中的
TOPFlash 报告基因活性增加了 15 倍,但 FOPFlash
报告基因都没有明显的变化。说明 Ad-β-catenin 和
Ad-ΔN90 都能激活 Wnt/β-catenin 信号通路。
(Ser33/Ser37/Thr41/Ser45)的磷酸化是调节 β-catenin
稳定性的主要机制之一,有研究表明点突变 Ser45
位点,会促使 β-catenin 稳定[12,13],而缺失 N 端序
列 也 会 引 起 β-catenin 在 胞 质 中 累 积[14]。β-catenin
的稳定和累积能激活 Wnt/β-catenin 信号通路,进而
调控细胞的迁移行为[4,15]。为进一步研究 β-catenin
在 MSCs 迁移中的重要性,本研究构建了过表达
β-catenin 和 缺 失(Ser33/Ser37/Thr41/Ser45) 磷 酸 化
位点的 β-catenin 腺病毒载体。
由于干细胞不易转染的特性,利用普通质粒表
达载体通常无法得到高转染效率,无法进行细胞群
体性行为试验的研究,而对于利用细胞进行临床治
疗时,研究细胞的群体性行为至关重要。AdEasyTM
系统是由 He 等[16]构建的用来代替传统腺病毒重组
的一个更方便快捷的系统,在这个系统中,只需两
步即可产生重组腺病毒,本试验采用此系统成功构
建了携带 GFP 的 Ad-β-catenin 和 Ad-ΔN90 腺病毒表
达质粒,并制备出病毒,检测病毒滴度后感染间充
质干细胞,筛选出最适间充质干细胞的病毒感染复
数, 通 过 Western blot 和 TOPFlash 发 现 在 MSCs 中
过表达 β-catenin 和稳定的 β-catenin 都能激活 Wnt/β-
catenin 信号通路,为进一步的研究工作奠定了基础。
4 结论
使用 AdEasyTM 系统成功构建出 β-catenin 和突变
体 ΔN90 的重组腺病毒载体,并在 MSCs 中验证其表
达情况,获得高滴度病毒子,在 MSCs 中成功过表
达 β-catenin。
参 考 文 献
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β-catenin
β-actin
92
kD
78
Ad-β-catenin Ad-ΔN90
FOPFlash
TOPFlash
R
el
at
iv
e
Lu
ci
fe
ra
se
A
ct
iv
ity
AdControl
0
5
10
15
20
25
30
35
Ad-β-catenin Ad-ΔN90
图 7 感染 Ad-β-catenin 和 Ad-ΔN90 后 MSCs 中 β-catenin
蛋白的变化情况
图 8 感染 Ad-β-catenin 和 Ad-ΔN90 后 MSCs 中 β-catenin
转录活性的变化
3 讨论
Wnt/β-catenin 信号通路可调控细胞的增殖、分
化及迁移等生物学行为。β-catenin 是 Wnt/β-catenin
信号通路中的一个关键蛋白,具有多种功能,能够
参与细胞黏附和信号转导[6-8]。Shang 等[9]研究发
现,Wnt3a 能够促进 rMSCs 的迁移能力,机制是在
核内累积 β-catenin,激活下游基因的表达,从而调
控 rMSCs 的迁移。Young 等[10]发现 LiCl 能通过抑
制 GSK-3β 的活性,促进 β-catenin 累积,显著性的
加强 hMSCs 的迁移潜能。Peter 等[11]利用 RNAi 技
术 阻 断 β-catenin 基 因 在 rMSCs 的 表 达,hMSCs 的
迁 移 能 力 明 显 受 到 抑 制。 目 前 认 为,β-catenin 蛋
白的稳定性与其磷酸化状态有关,N 端丝 / 苏氨酸
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2013年第11期158
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(责任编辑 马鑫)