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H5N1禽流感病毒HA和NA基因重组腺病毒共表达载体的构建



全 文 :研究报告
生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2010年第 10期
H5N1禽流感病毒 HA和 NA基因重组腺病毒
共表达载体的构建
王青  胡建和  郑素玲
(河南科技学院动物科学学院,新乡 453003)
  摘  要:  利用口蹄疫病毒 ( FMDV) 2A蛋白具有自我裂解的功能,将其作为连接肽构建携带有 H 5N1亚型 AIV HA和 NA
基因的重组腺病毒表达载体, 进而为 A IV基因工程疫苗的开发以及相关诊断试剂的开发提供依据。采用融合 PCR的方法扩
增出含有 H 5N1 AIV HA2ANA的基因, 定向插入 pAdtrackCMV 腺病毒穿梭质粒中, 含有目的基因的腺病毒穿梭质粒
pAdtrackHA2ANA与腺病毒骨架质粒 pAdeasy1在基因工程菌 BJ5183中进行同源重组, 获得腺病毒质粒 pAdeasyHA2A
NA, 将 pAdeasydH 5经 Pac I线性化后转染 HEK293细胞株包装出含有 HA2ANA基因的腺病毒 pAdHA2ANA。结果表明,
构建的含有目的基因的腺病毒穿梭质粒 pAdtrackHA2ANA和含有目的基因的腺病毒质粒 pAdeasyHA2ANA经 PCR、双酶
切及核苷酸测序测定无误。线性化后的 pAdeasyHA2ANA转染 HEK293细胞包装成功获得腺病毒 pAdHA2ANA载体,经
绿色荧光蛋白和 RTPCR分析证实, 目的基因在该细胞中成功表达。本试验构建的含有 A IV H 5N1亚型 HA2ANA基因的重
组腺病毒表达载体, 将为进一步研究开发基因工程疫苗提供病毒模型。
关键词:  腺病毒载体  AIV H 5N1亚型  HA和 NA基因  载体构建
Construction of Recombinant Adenovirus CoExpression Vector
ContainingHA and NA Gene ofH5N1 Avian Influenza V irus
W ang Q ing Hu Jianhe Zheng Suling
(H enan Institute of Science and T echnology, X inxiang 453003)
  Abstrac:t  FMDV 2A peptidew as introduced as a linker to construct a recom b inant adenov irus coexpression vecto r con tainedHA
and NA genes o f av ian in fluenza v irus stra in H5N1. This vector could be used to study the ro les o fHA and NA gene in A IV pathopo iesis
and acqu ired HA and NA pro teins. U sing over lapp ing PCR to am plify HA2AN1, wh ich w as further cloned in to shuttle plasm id
pAdT rackCMV. The shuttle p lasm id was transformed into B J5183 wh ich had already conta ined adenov irus backbone vector pAdEasy1
to ob tain the hom o logous recom bina tion and recom binant adenov irus g enom e p lasm id nam ed pAdeasyHA2ANA. Then the pAdeasy
HA2ANA was subsequently linea rlized w ith Pac I and transfected into HEK293 ce lls to form pAdHA2ANA. pAdtrackHA2ANA
and pAdeasyH5 w ere iden tified by PCR, doubledig estion and sequenc ing. GFP and RTPCR w ere used to iden tify whethe r theHA2A
NA genew as expressed. The results show ed that, pAd trackHA2ANA and pAdeasyHA2ANA w ere correct, and theHA and NA gene
w as expressed in HEK293 ce lls. Through this study the pAdeasyHA2ANA w as constructed, w hich could be used as an exce llent too l
to product HA prote in and fo rm am ode l v irus to research HA gene s ro les.
Key words:  Recom binant adenov irus vector Avian in fluenza v irus stra in H 5N1 HA and NA gene Vecto r construction
收稿日期: 20100307
基金项目:河南省高校杰出科研人才创新工程项目 ( 2006KYCX020 )
作者简介:王青,女,助理实验师,硕士,主要从事分子病原学与免疫学研究; Em ai:l 35675562@ qq. com
通讯作者:胡建和,男,副教授,博士,主要从事动物微生物学、免疫学和分子病毒学研究; Em ai:l 344641772@ qq. com
禽流感 ( av ian inf luenza, A I)是由 A型流感病毒
引起的一种禽类的急性、烈性、接触性呼吸道传染
病,被世界动物卫生组织 ( O IE )列为法定必须上报
的传染病之一 [ 1, 2]。该病不仅可以感染禽类, 也可
以感染人类及其他的哺乳动物,因此对 A I的防制具
有公共卫生学意义 [ 3, 4]。
2010年第 10期    王青等 : H 5N1禽流感病毒 HA和 NA基因重组腺病毒共表达载体的构建
A I根据 AIV血凝素 ( hemagg lutinin, HA )和神经
氨酸酶 ( neuram inidase, NA ) 的不同可分为 15个 HA
亚型, 9个 NA亚型, 目前我国主要流行 H5和 H9亚
型 [ 6]。A IV中 HA基因是主要保护性抗原基因,其表
达的 HA糖蛋白是 A IV最主要的表面抗原, 可刺激机
体产生细胞免疫和体液免疫,同时在病毒吸附、穿膜
及决定病毒的宿主特异性和致病力方面均起着关键
作用 [ 5, 6]。NA也是 A IV的主要表面抗原之一, 又是
体液免疫的靶抗原,可诱导机体产生特异性抗体, 抑
制病毒从感染的细胞释放再感染其他细胞, 从而减少
病毒的增殖,常被作为构建基因工程疫苗的候选蛋
白 [ 7, 8]。因此,针对 HA和 NA基因开展基因工程活
载体疫苗的研究具有很好的应用前景。
腺病毒表达系统具有安全、高效、不整合到宿主
基因组中、易于大量制备等优点。本试验选用的新
一代的人源非复制型腺病毒 AdEasy1系统, 比传统
的复制性腺病毒表达载体更安全,同时含有 CMV强
启动子可以使目的基因得到高效的表达, 因此更能
刺激机体产生良好的免疫反应 [ 9, 10 ]。
为此本试验构建了含有 A IV HA2ANA基因的
重组腺病毒表达载体, 并经过初步鉴定 HA和 NA
基因都得到成功表达, 为进一步开展基因工程疫苗
研究及探明 HA和 NA基因在 A IV致病过程中的作
用提供材料。
1 材料和方法
1. 1 材料
1. 1. 1 载体、菌株及工具酶  腺病毒穿梭质粒
pA dtrackCMV、腺病毒骨架质粒 pAdeasy1、基因工
程菌 BJ5183, 由河南科技学院实验中心实验室保
存;含目的基因的质粒 pMD19TH 5和 pMD19T
N 1由青岛动检所惠赠; 大肠杆菌 DH 5感受态
细胞由河南科技学院预防兽医学实验室自制; 质
粒 DNA小量提取试剂盒购自北京赛百盛公司;
胶回收试剂盒购自上海生工生物工程技术服务
有限公司; E coR V和 Xho!限制性内切酶、Taq
DNA聚合酶、T 4 DNA连接酶、DNA M arker均购
自 T aK aRa宝生物工程 (大连 )有限公司; 限制性
内切酶 Pm e I和 Pac I购自 NEB公司; 其它试剂
均为分析纯。
1. 1. 2 血清、细胞培养基及 Lipo fectam ineTM 2000
 胎牛血清购自杭州四季青公司, 高糖的 DMEM干
粉购自 G ibco公司; L ipofectam ineTM 2000购自 Invitro
gen公司。
1. 2 方法
1. 2. 1 A IV H 5N1亚型 HA和 NA基因引物的设计
与合成  根据 GenBank中公布的 A IV H5N 1亚型
HA和 NA基因序列, 利用 Primer 5. 0引物分析软
件, 设计两对引物 P1 /P2, P3 /P4 (表 1, P1 /P4中的
划线部分分别为 Xho I、E coR V酶切位点序列, P2 /
P3中斜体的部分为融合 PCR所用的口蹄疫病毒
( FMDV ) 2A蛋白的部分序列 )。引物由上海生工生
物工程技术服务有限公司合成。
表 1 PCR引物序列
引物 核苷酸序列 ( 5∀- 3∀)
P1 GGA GATATCATGGAGAAAATAGTGCTTCTTCT
P2 AACGTCTCCTGCTAACTTCAAAAGATCAAAGTTCGTAATGCAAATTCT
P3 TTAGCAGGAGACGTTGAGTCCAACCCCGGACCCATGAATCCAAATCAG
P4 TAA CTCGAGCTTGTCAACGGTGAATGGCAACTCAG
1. 2. 2  A IV H 5N1亚型 HA 2ANA基因序列的
PCR扩增  首先以 pMD19TH5和 pMD19TN1为模
板, 分别以 P1 /P2, P3 /P4为引物, 扩增 HA2A (部
分 )和 2A(部分 ) NA基因序列。其次,用胶回收试
剂盒分别回收 HA2A (部分 )和 2A (部分 ) NA基因
片段。最后,以回收的 HA2A (部分 )和 2A (部分 ) 
NA基因片段为模板, 以 P1 /P4为引物扩增。扩增
HA2A (部分 )和 2A(部分 ) NA基因序列的 PCR反
应体系:模板 1 L, 上、下游引物 ( 25 mo l/L )各 1
L, dNTP( 10 mmo l/L ) 1 L, 10 # Buffer 2 L, Taq
酶 ( 2 U /L) 1 L,灭菌双蒸水 13 L。PCR反应程
序: 94∃ 3m in; 94∃ 30 s, 62∃ 60 s, 72∃ 1. 5m in,
循环 35次;最后于 72∃ 延伸 10 m in, 4∃ 保存;扩增
HA2ANA基因序列的 PCR反应程序: 94∃ 3m in;
94∃ 30 s, 60∃ 60 s, 72∃ 3m in,循环 35次;最后于
72∃ 延伸 10 m in, 4∃ 保存。
1. 2. 3 含有目的基因的腺病毒穿梭质粒 pAdtrack
HA2ANA的构建  取上述 HA2ANA的 PCR产
物于 10 g /L琼脂糖凝胶中进行电泳鉴定, 并纯化回
收。将回收后的 HA2ANA基因序列, 进行双酶切
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生物技术通报 B iotechnology  Bulletin 2010年第 10期
纯化回收目的片段。用 T4连接酶将回收的目片段
分别和经同样双酶切处理的 pAdtrackCMV载体连
接,转化感受态大肠杆菌 DH5。Kan抗性筛选后
提取质粒,对提取后的质粒用 Xho I、E coR V进行双
酶切鉴定和以 P1 /P4为引物的 PCR鉴定,并将初步
鉴定为阳性的质粒送往上海生工生物工程技术服务
有限公司测序。鉴定为阳性的质粒分别命名为
pA dtrackHA2ANA。
1. 2. 4 含有目的基因的腺病毒骨架质粒 pAdeasy
HA2ANA的构建  将 pAdtrackHA2ANA质粒用
限制性内切酶 Pme I线性化、纯化回收后, 转化含有
腺病毒骨架质粒 pAdeasy1的 B J5183感受态细胞
进行同源重组,同时设 pAdtrackCMV空载体同源重
组后作为阴性对照。 kan抗性筛选后提取质粒, 对
提取后的质粒用 Pac!进行酶切鉴定和以 P1 /P4为
引物的 PCR 鉴定。鉴定为阳性的质粒命名为
pA deasyHA2ANA, 阴性组命名为 pAdeasyy。为
了获得大量高质量的重组质粒,将筛选的阳性重组
腺病毒质粒转化于宿主菌 DH 5扩增。
1. 2. 5 含有目的基因的重组腺病毒 pAdHA2ANA
的获得  将 HEK293细胞培养于含体积分数 10% 胎
牛血清的 DMEM完全培养液中,转染前 1 d均匀铺于
6孔板,每孔约 5 # 105。用核酸内切酶 Pac I将从宿
主菌 DH5大量扩增的腺病毒骨架质粒 pAdeasy
HA2ANA和 pAdeasyy(对照 )线性化、纯化回收。
细胞传代 24 h后 (细胞铺满皿底约 70% ), 按
照 Lipofectam ineTM 2000试剂盒说明书分别将上述纯
化回收得到的线性 DNA和脂质体分别加入无抗生
素、无血清 (双无 ) DMEM 培养液中混匀, 静置
10 m in。然后将两溶液混匀,室温静置 30 m in。用
双无 DMEM培养液将培养板中的培养孔清洗 2次,
加入 800 L的双无 DMEM培养液。将脂质体 /DNA
混悬液逐滴加入培养板, 轻轻混匀, 置于体积分数
5% CO2、37∃ 条件孵育 6 h后加入含 100mL /L血清
DMEM 1 mL,继续培养 7- 10 d,每 2- 3 d更换一次
培养液,并在荧光显微镜下观察 GFP表达状况,了解
腺病毒包装过程, 待有较明显的荧光或蚀斑形成后
(转染后约 10- 12 d),于 - 70∃ /37∃ 反复冻融 3次,
收集冻融液于 10mL离心管中,以 12 000 r /m in离心
10m in,收集上清即为收获的病毒液, 阳性组命名为
pAdHA2ANA,阴性组命名为 pAdy, 置于 - 70∃ 冻
存备用。
1. 2. 6 重组腺病毒 pAdH5的初步鉴定  通过检
测 GFP的表达情况确认重组腺病毒 pA dH5是否包
装成功,提取转录后细胞中的总 RNA, 并以此为模
板进行 RTPCR鉴定, 确定目的基因是否被成功
转录。
2 结果
2. 1 A IV H5N 1亚型 HA2ANA基因的获得
以融合 PCR的产物为模板, P1 /P2为引物扩增
得到 HA基因约 1 700 bp的核苷酸序列,以 P3 /P4为
引物扩增得到 NA基因约 1 400 bp的核苷酸序列,
P1/P4为引物扩增得到 HA2ANA基因约 3 100 bp
的核苷酸序列, 表明 HA、2A、NA 基因融合成功
(图 1)。
M. DNA标准 DL 2000; 1. HA基因的 PCR扩增; 2. NA
基因的 PCR扩增; 3. HA2ANA基因的 PCR扩增
图 1 HA2ANA基因的 PCR扩增
2. 2 含有目的基因的腺病毒穿梭质粒 pAdtrack
HA2ANA的构建
取重组的腺病毒穿梭质粒 pAdtrackHA2ANA
用 Xho I、E coR V进行双酶切鉴定, 得到约 3 100 bp
的目的条带和约 9 000 bp的载体条带,以 P1 /P4为
引物对 pAdtrackHA2ANA进行 PCR扩增也得到
了 3 100 bp的目的条带;阴性组的双酶切仅得到约
9 000 bp的载体条带,以 P1 /P4为引物对 pAdtrack
HA2ANA进行 PCR扩增未出现目的条带; 与预期
结果一致,表明载体构建成功 (图 2)。阳性质粒的
测序结果与公布的序列拼接后的序列一致。
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2010年第 10期    王青等 : H 5N1禽流感病毒 HA和 NA基因重组腺病毒共表达载体的构建
M. DNA标准 DL15000; 1. pAdtrackCMV的 EcoR % /X ho!
双酶切鉴定; 2. pAd trackHA2ANA的 E coR V /Xho I双
酶切鉴定; 3. pAd trackHA2AN的 PCR鉴定
图 2 pAdtrackHA2ANA腺病毒穿梭质粒
的双酶切和 PCR鉴定
2. 3 含有目的基因的腺病毒骨架质粒 pAdeasyHA
2ANA的构建
用限制性内切酶 Pme!分别将 pAdtrackHA2A
NA和 pAdtracky线性化后,分别转化含有腺病毒骨
架质粒的 BJ5183感受态细胞进行同源重组,即获得
重组的腺病毒骨架 pAdE asyHA2ANA和 pAdEasy
y,经 Pac I酶切后在电泳图上显示为一条大小为
4. 5 kb的小片段和一条大小约 30 kb的大片段。以
P1 /P4为引物对 pAdEasyHA2ANA进行 PCR鉴定,
结果显示以 pAdEasyHA2ANA为模板,扩增出了与
预期片段 ( 3 100 bp)大小相符的片段 (图 3)。
M. DNA标准 DL15000; 1. pAdeasyHA2ANA的 Pac I酶
切鉴定; 2. pAd easyHA2ANA的 PCR鉴定
图 3 腺病毒骨架质粒 pAdeasyHA2ANA
酶切和 PCR鉴定
2. 4 含有目的基因的重组腺病毒 pAdHA2ANA的
获得
将线性化的重组腺病毒骨架 pAdE asyHA2A
NA和 pAdE asyy转入 293细胞进行腺病毒的包装,
第 5- 7 d, 即可以在荧光显微镜下观察到个别细胞
发 GFP荧光,转染后第 11- 15 d, 293细胞出现典型
的病变如:固缩成团、脱落、肿胀等明显的病理现象。
此时将成功包装的重组腺病毒命名为 pAdHA2A
NA,正常的 293细胞见图 4, pAdHA2ANA在 293
细胞中的包装过程中 293细胞的荧光表达情况见图
5,图 6。腺病毒空载体阴性对照命名为 pAdy。
图 4 正常的 293细胞
图 5 包装 pAdHA2ANA第 7天的 293细胞
图 6 包装 pA dHA2ANA第 14天的 293细胞
2. 5 重组腺病毒 pAdHA2ANA的初步鉴定
重组腺病毒再次感染 293细胞 48 h后, 倒
置荧光显微镜下可见 GFP表达, 证明重组腺病毒
基因组中有 GFP基因,符合预期结果 (图 7 )。对
pA dHA 2ANA和 pA dy病毒感染后 293细胞的
RTPCR鉴定结果显示 pAdHA 2ANA病毒液中
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生物技术通报 B iotechnology  Bulletin 2010年第 10期
可以扩增出约 3. 1 kb的目的条带,阴性病毒液中
不能扩增出目的条带, 证明目的基因被成功转录
(图 8)。
图 7 重组腺病毒 pAdHA2ANA再次感染 293细胞 24 h后
M. DNA标准 DL2000; 1. pAdHA2ANA的 RTPCR鉴
定; 2. pAdy的 RTPCR鉴定
图 8 pAdHA2ANA和 pAdy的 RTPCR鉴定
3 讨论
由 H5亚型禽流感病毒引起的高致病性禽流感
( high ly pathogen ic av ian influenza v irus, HPA IV ), 给
世界养殖业带来了严重的经济损失。对高致病禽流
感的防控,所采取生物安全措施如划定封锁疫点疫
区、扑杀疫点和疫区内家禽,这有效地控制了我国禽
流感的疫情,但从长远及我国的国情出发,疫苗免疫
仍是禽流感防控的首要措施 [ 11]。
研究表明,基于禽流感 HA基因所研制的基因
工程病毒活载体疫苗、亚单位疫苗或核酸疫苗均可
对同一 HA亚型病毒的攻击产生近 100%的保护,而
对异源病毒的攻击保护性较差。鉴于禽流感病毒的
抗原性是不断变化的, 理想的禽流感疫苗需要考虑
到它对不同亚型病毒的保护性如何, NA作为 A IV
的重要的结构蛋白恰好具有弥补基于 HA基因免疫
的缺陷的某些优点,可以诱导机体产生特异中和抗
体 [ 12, 13]。因此, 可以利用其这一特性联合 HA、NA
基因开展疫苗研究将成为新型疫苗研究的热点。为
此, 本试验选用非复制的腺病毒载体研制联合 HA、
NA基因的 A IV重组活载体疫苗, 为禽流感疫苗的
研究提供新的思路。
本试验采用具有自我裂解功能的口蹄疫病毒
( FMDV ) 2A蛋白连接 HA、NA基因。FMDV 2A具
有剪切效率高,上下游基因表达平衡性好,以及结构
短小等优点。克服了使用 IRES多顺反子系统, 上
下游基因的选择和顺序往往能够显著影响多基因的
共表达,通常下游基因的表达量仅是上游的 20% -
50% ,并且 IRES多顺反子系统具有明显的组织特
异性的缺点。使 2A蛋白成为构建串联表达多蛋白
的理想工具 [ 14]。
同时,本试验构建含有 A IV HA、NA基因的腺病
毒载体可以作为病毒模型用于研究 HA、NA基因在
A IV病毒吸附、穿膜及其在病毒的宿主特异性和致病
力方面所发挥的作用等方面的研究,从而克服了因没
有生物安全三级实验室而无法进行 A IV研究的限制,
使更多的科研工作人员参与到 A IV的研究。
本试验构建的重组腺病毒载体经初步鉴定目的
基因得到成功表达,但是重组病毒的滴度、其作为活
载体疫苗的有效性以及安全性评价等方面的研究还
需要做大量的工作。
参 考 文 献
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