于慶功++++++谷偉++++++王蘇雅++++++張欣欣++++++楊子榮++++++李文哲
[摘要] 目的 利用shRNA表達(dá)載體建立FRAT1基因沉默結(jié)腸癌HT29細(xì)胞模型。方法 將化學(xué)方法合成的特異性FRAT1基因siRNA,以人類結(jié)腸癌HT29細(xì)胞為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,采用Lipofectamine將FRAT1基因的shRNA表達(dá)載體導(dǎo)入細(xì)胞后,用RT-PCR和Western blot檢測(cè)目標(biāo)基因FRAT1的表達(dá)水平。結(jié)果 穩(wěn)定轉(zhuǎn)染FRAT1 shRNA表達(dá)載體(pSINsi-FRAT1)后,F(xiàn)RAT1基因在mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平分別下降92.63%、55.72%(P<0.05)。結(jié)論 成功地建立了FRAT1基因沉默HT29細(xì)胞模型,為研究FRAT1生物學(xué)功能打下堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
[關(guān)鍵詞] FRAT1;結(jié)腸癌;轉(zhuǎn)染;RNA干擾
[中圖分類號(hào)] R735.3 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-4721(2014)03(b)-0012-05
人FRAT1(frequently rearranged in advanced T cell lymphomas-1)基因最初被認(rèn)為是T細(xì)胞淋巴瘤的原癌基因,是FRAT(frequetly rearranged in advanced T cell lymphomas)家族中的一員[1-2],研究表明FRAT1基因過(guò)表達(dá)在腫瘤發(fā)生中起關(guān)鍵作用,并已證實(shí)人結(jié)腸癌細(xì)胞存在FRAT1基因的高表達(dá)[3]。
RNA干擾(RNA interference,RNAi)是目前應(yīng)用在逆向遺傳學(xué)(reverse genetics)研究中高效的基因沉默技術(shù),在功能基因組學(xué)和基因治療的研究中得到廣泛應(yīng)用。RNAi技術(shù)可以關(guān)閉變異基因的表達(dá),尤其是shRNA的應(yīng)用,可對(duì)基因表達(dá)產(chǎn)生穩(wěn)定強(qiáng)大的干擾效應(yīng),為腫瘤治療提供了良好前景[4-5]。已有研究證明,利用RNAi技術(shù)特異性下調(diào)腫瘤細(xì)胞內(nèi)高表達(dá)的癌基因或者抗凋亡基因,可使癌細(xì)胞對(duì)化療和放療的敏感性增加,抑制癌細(xì)胞的增殖,促進(jìn)癌細(xì)胞凋亡,從而提高抗腫瘤效應(yīng)[6-7]。本實(shí)驗(yàn)選擇結(jié)腸癌HT29細(xì)胞株作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,通過(guò)轉(zhuǎn)染化學(xué)合成的FRAT1 shRNA表達(dá)載體,建立長(zhǎng)期穩(wěn)定表達(dá)FRAT1shRNA的實(shí)驗(yàn)細(xì)胞模型,以期為研究FRAT1基因在結(jié)腸癌發(fā)病過(guò)程中的作用機(jī)制及基因治療打下堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
1 材料與方法
1.1 試劑與細(xì)胞培養(yǎng)
1.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑 載體pSINsi-hu6購(gòu)于大連寶生物公司,轉(zhuǎn)染試劑Lipofectamamine(11668-脂質(zhì)體2000)購(gòu)于Invitrogen公司;篩選試劑G418(11811-023)購(gòu)于美國(guó)Gibco公司;cDNA合成試劑盒,PCR試劑盒(上海生物工程公司);引物(ULTRA PAGE)由上海生工生物工程股份有限公司合成;人結(jié)腸癌細(xì)胞株HT29(KG015)于南京凱基生物購(gòu)買;DMEM培養(yǎng)基干粉(12100046-DMEM高糖-Y)為Gibco產(chǎn)品;胎牛血清(TBD21HB)購(gòu)自天津?yàn)笊镏破房萍加邢挢?zé)任公司;FRAT1兔抗人多克隆抗體(sc-130756)購(gòu)自Santa cruz 生物公司;HRP標(biāo)記山羊抗兔二抗(AB10058-Peroxidase-conjugated AffiniPure)購(gòu)自碧云天生物技術(shù)研究所;ECL試劑盒從GE 醫(yī)療集團(tuán)購(gòu)買。
1.1.2 細(xì)胞培養(yǎng) HT29細(xì)胞株(購(gòu)自南京凱基細(xì)胞庫(kù))為本實(shí)驗(yàn)室保存,細(xì)胞復(fù)蘇后用不含抗生素的培養(yǎng)基(DMEM+10%FBS)培養(yǎng)。
1.2 方法
1.2.1 設(shè)計(jì)和合成siRNA及表達(dá)shRNA的DNA模板鏈 FRAT1基因siRNA序列 CTF182-1-1(序列GCAGTTACGTGCAAAGCTT);其陰性對(duì)照序列為CTF182-N-1(序列TCTTAATCGCGTATAAGGC)。序列GCAGTTACGTGCAAAGCTT用于設(shè)計(jì)和合成針對(duì)FRAT1基因的shRNA。表達(dá)FRAT1 shRNA的DNA模板包括兩條鏈siRNA-sense:5′-GATCCAGCAGTTACGTGCAAAGCTTCTGTGAAGCCACAGATGGGAAG CTTTGCACGTAACTGCTTTTTTTAT-3′;siRNA-antisense:5′-CGATAAAAAAAGCAGTTACGTGCAAAGCTT CCCATCTGTGGCTTCACAGAAGCTTTGCACGTAACT GCTG-3′,其中Sense中的斜體部分為BamH Ⅰ酶切位點(diǎn),Antisense中斜體部分為Cla Ⅰ酶切位點(diǎn)。下劃線部分為干擾序列及其配對(duì)序列,曲線部分為loop環(huán)形成序列。雙鏈FRAT1siRNA和無(wú)功能siRNA均由大連寶生物公司合成。
1.2.2 構(gòu)建重組FRAT1基因shRNA表達(dá)載體 提取pSINsi-hu6載體DNA,用BamH Ⅰ和Cla Ⅰ作雙酶切,產(chǎn)物經(jīng)瓊脂糖電泳后回收備用。使用TE將兩條DNA模板鏈溶解混勻后,根據(jù)以下條件退火形成雙鏈:94℃ 5 min,緩慢降到30℃ 90 min,4℃保存。然后經(jīng)T4 DNA ligase作用連入載體相應(yīng)的克隆位點(diǎn),連接載體pSINsi-hu6-FRAT1轉(zhuǎn)化大腸埃希菌DH5,在瓊脂平板挑取菌落進(jìn)行增菌培養(yǎng),取1 μl菌液作PCR,陽(yáng)性者作DNA測(cè)序確定連接是否正確。
1.2.3 穩(wěn)定轉(zhuǎn)染pSINsi-hu6-FRAT1表達(dá)載體 轉(zhuǎn)染前一天細(xì)胞更換新鮮培養(yǎng)基,次日在6孔板上按每孔500 μl(含細(xì)胞5×105個(gè))接種細(xì)胞3孔,其中第1孔為未轉(zhuǎn)染對(duì)照孔,第2孔為轉(zhuǎn)染無(wú)功能siRNA對(duì)照孔,第3孔為轉(zhuǎn)染pSINsi-hu6載體對(duì)照孔,第4孔為轉(zhuǎn)染pSINsi-hu6-FRAT1表達(dá)載體。每孔細(xì)胞轉(zhuǎn)染所需雙鏈shRNA和Lipofectamine 2000分別是1 μl,0.8 μg。按Lipofectamine 2000使用說(shuō)明進(jìn)行細(xì)胞轉(zhuǎn)染。轉(zhuǎn)染24 h后每孔細(xì)胞分成3孔,分別加入G418(600 μg/ml);以后每3天更換培養(yǎng)基和G418。等未轉(zhuǎn)染對(duì)照孔細(xì)胞都被殺死后,終止G418篩選,用含10%FBS培養(yǎng)基培養(yǎng)具有G418抗性細(xì)胞,增殖到一定數(shù)量后,將其轉(zhuǎn)到培養(yǎng)瓶中培養(yǎng),定期用G418清除遺失抗性的細(xì)胞。另外同時(shí)篩選轉(zhuǎn)染表達(dá)無(wú)功能shRNA質(zhì)粒和轉(zhuǎn)染pSINsi-hu6載體的HT29細(xì)胞作為陰性對(duì)照。
1.2.4 HT29細(xì)胞總RNA 抽提及RT-PCR 總RNA抽提按Trizol產(chǎn)品說(shuō)明書進(jìn)行。操作步驟如下:用PBS清洗兩遍收集的細(xì)胞,RNA Trizol裂解,氯仿抽提,異丙醇、75%乙醇沉淀、洗滌后,溶解于DEPC水中,測(cè)定RNA濃度。利用提取的RNA進(jìn)行RT-PCR,獲得cDNA。RT-PCR按寶生物工程公司的試劑盒說(shuō)明操作。RT條件為:42℃ 90 min,85℃ 5 min,4℃ 5 min。
1.2.5 PCR 取cDNA作為模板擴(kuò)增FRAT1和GAPDH,其中擴(kuò)增FRAT1特異性引物為:sense primer:5′-GCCCTGTCTAAAGTGTATTTTCAG-3′,antisense primer:5′-CTCTGCAGTCCTACTCAAGCG-3′。擴(kuò)增片段長(zhǎng)325 bp。擴(kuò)增GAPDH作為內(nèi)參對(duì)照,引物序列分別是sense primer:5′-TCACCATCTTCCA GGAGCGAG-3′,antisense primer:5′-TGCTCAGTGTAGCCCAGGAT-3′。擴(kuò)增產(chǎn)物長(zhǎng)615 bp。PCR條件為:94℃ 3 min,94℃ 30 s,58℃ 30 s,72℃ 25 s,72℃ 7 min,4℃ 5 min,30個(gè)循環(huán)。相關(guān)產(chǎn)物在瓊脂糖凝膠上電泳鑒定。
1.2.6 轉(zhuǎn)染細(xì)胞總蛋白的提取及Western blot鑒定 收集細(xì)胞后用預(yù)冷PBS清洗兩遍,加入含PMSF的裂解液(1 ml含1 μl PMSF)200 μl,于冰上裂15 min,12 000 r/min離心10 min,收集上清。蛋白濃度用BCA法測(cè)定,取上清12 μl,與3 μl 5×loading buffer混勻,100℃煮沸5 min,所得樣品經(jīng)SDS-PAGE電泳120 V 25 mA 150 min分離后,冰上電轉(zhuǎn)至PVDF膜50 min,5%脫脂奶粉封閉1 h,按順序加入兔抗人FRAT1基因抗體(4℃過(guò)夜,次日TBS-T Buffer洗6次,5 min/次),H暗室曝光,顯影,定影。底片在UVP凝膠成像系統(tǒng)下成像、保存。
1.3 數(shù)據(jù)分析
將PCR及蛋白印跡操作最后得到的膠片進(jìn)行拍照掃描,用凝膠圖像處理系統(tǒng)(Gel-Pro Analyzer)進(jìn)行分析。分別計(jì)算FRAT1各條帶與內(nèi)參GAPDH條帶的相對(duì)光密度比值。重復(fù)3次實(shí)驗(yàn)。HT29細(xì)胞中FRAT1基因的含量設(shè)為1,轉(zhuǎn)染pSINsi-hu6-FRAT1表達(dá)載體的細(xì)胞FRAT1基因下降率求3次平均值,得出FRAT基因表達(dá)的下降率。選用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 13.0,采用兩組獨(dú)立樣本的t檢驗(yàn)分別分析3組轉(zhuǎn)染組細(xì)胞中蛋白和mRNA的光密度與內(nèi)參GAPDH光密度比值與空白對(duì)照組蛋白和mRNA與內(nèi)參光密度比值,檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。
2 結(jié)果
2.1 重組shRNA表達(dá)載體的鑒定
提取重組shRNA表達(dá)載體DNA進(jìn)行測(cè)序鑒定,結(jié)果表明表達(dá)shRNA的DNA模板鏈已成功插入載體的正確位置(委托大連寶生物進(jìn)行測(cè)序)。針對(duì)FRAT1基因的重組shRNA載體命名為pSINsi-hu6-FRAT1,而無(wú)功能shRNA載體命名為pSINsi-hu6-control(圖1)。
圖1 重組質(zhì)粒電泳
A.CTF182-1-1;B.CTF182-N-1;C.CTF182pSINsi-hu6
2.2 陽(yáng)性克隆的篩選
利用Lipofectamine 2000轉(zhuǎn)染載體24 h后,對(duì)未轉(zhuǎn)染對(duì)照孔,轉(zhuǎn)染無(wú)功能shRNA對(duì)照孔,轉(zhuǎn)染空質(zhì)粒pSINsi-hu6對(duì)照孔及轉(zhuǎn)染pSINsi-hu6-FRAT1表達(dá)載體孔進(jìn)行G418篩選。經(jīng)G418(600 μg/ml)篩選培養(yǎng),第2天細(xì)胞開始死亡,到了第5天未轉(zhuǎn)染對(duì)照孔細(xì)胞全部死亡。HT29細(xì)胞轉(zhuǎn)染無(wú)功能shRNA、轉(zhuǎn)染pSINsi-hu6載體及轉(zhuǎn)染pSINsi-hu6-FRAT1表達(dá)載體的細(xì)胞10~14 d后,出現(xiàn)G418抗性克隆,然后降低G418濃度(300 μg/ml)繼續(xù)培養(yǎng)2個(gè)月,細(xì)胞保持穩(wěn)定增殖直至出現(xiàn)明顯克隆形成。挑取單克隆從96孔-24孔-6孔-克氏瓶擴(kuò)大培養(yǎng)。轉(zhuǎn)染pSINsi-hu6-FRAT1篩選過(guò)程(圖2)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)成功篩選出攜帶重組FRAT1shRNA表達(dá)載體的HT29細(xì)胞系。
圖2 pSINsi-hu6-FRAT1細(xì)胞的篩選(×100)
A.篩選第1天;B.篩選第5天;C.篩選第14天;D.篩選后的單克隆
2.3 FRAT1基因沉默效果
為了檢測(cè)FRAT1基因沉默效果,先從未轉(zhuǎn)染細(xì)胞、轉(zhuǎn)染無(wú)功能siRNA的細(xì)胞、轉(zhuǎn)染pSINsi-hu6-FRAT1表達(dá)載體的細(xì)胞及轉(zhuǎn)染pSINsi-hu6載體的細(xì)胞進(jìn)行RNA提取,并進(jìn)行質(zhì)量鑒定。瓊脂糖凝膠電泳結(jié)果顯示,RNA沒(méi)有被降解(圖3)。利用提取的細(xì)胞總RNA,進(jìn)行RT獲得cDNA,再以FRAT1 特異性引物PCR擴(kuò)增,經(jīng)瓊脂糖凝膠電泳后,發(fā)現(xiàn)擴(kuò)增出大小約325 bp的目的基因片段(圖4)。與轉(zhuǎn)染pSINsi-hu6-control的細(xì)胞相比,轉(zhuǎn)染pSINsi-hu6-FRAT1的HT29細(xì)胞FRAT1的表達(dá)明顯下降,證明FRAT1 shRNA成功轉(zhuǎn)染至HT29細(xì)胞中,且有良好的基因沉默效果,在FRAT1 mRNA水平與未轉(zhuǎn)染細(xì)胞組相比,下降了92.63%(P<0.05),而轉(zhuǎn)染無(wú)功能siRNA的細(xì)胞及轉(zhuǎn)染pSINsi-hu6載體的細(xì)胞組與未轉(zhuǎn)染細(xì)胞組相比mRNA水平?jīng)]明顯變化(P值分別為0.1172、0.1064)。
圖3 FRAT1RNA在四組細(xì)胞中的提取
A.normal colon cell;B.CTF182-1-1;C.CTF182-N-1;D.CTF182pSINsi-hu6
圖4 FRAT1mRNA在四組細(xì)胞中的表達(dá)
A.normal colon cell;B.CTF182-1-1;C.CTF182-N-1;D.CTF182pSINsi-hu6
為了進(jìn)一步檢測(cè)FRAT1基因沉默效果,從未轉(zhuǎn)染細(xì)胞、轉(zhuǎn)染無(wú)功能siRNA的細(xì)胞、轉(zhuǎn)染pSINsi-hu6-FRAT1表達(dá)載體的細(xì)胞及轉(zhuǎn)染pSINsi-hu6載體的細(xì)胞中提取細(xì)胞裂解液。蛋白定量后,進(jìn)行Western blot檢測(cè),結(jié)果顯示,與未轉(zhuǎn)染細(xì)胞組相比,轉(zhuǎn)染pSINsi-hu6-FRAT1表達(dá)載體的細(xì)胞的FRAT1 蛋白表達(dá)量下降了55.72%(P<0.05),轉(zhuǎn)染無(wú)功能siRNA的細(xì)胞及轉(zhuǎn)染pSINsi-hu6載體的細(xì)胞組與未轉(zhuǎn)染細(xì)胞組相比,F(xiàn)RAT1蛋白含量沒(méi)明顯變化(P值分別為0.4340、0.1824)(圖5)。
圖5 FRAT1蛋白在四組細(xì)胞中的表達(dá)
A.normal colon cell;B.CTF182-1-1;C.CTF182-N-1;D.CTF182pSINsi-hu6
3 討論
結(jié)腸癌是人類最常見的惡性腫瘤之一,發(fā)病率成逐年增高趨勢(shì),且病死率位居惡性腫瘤的第二位,進(jìn)展后的結(jié)腸癌預(yù)后差是病死率高的主要原因[8]。當(dāng)前,結(jié)腸癌治愈的主要手段是以手術(shù)為主的治療方法。然而,手術(shù)費(fèi)用高且副作用大,其中局部復(fù)發(fā)和遠(yuǎn)處的肝轉(zhuǎn)移是手術(shù)失敗的主要原因。因此,預(yù)防局部復(fù)發(fā)和肝轉(zhuǎn)移的早期診斷及時(shí)治療,對(duì)高危人群的篩選和預(yù)測(cè)復(fù)發(fā)及轉(zhuǎn)移,對(duì)提高患者的生活質(zhì)量和生存率具有極其重要的意義。FRAT1是FRAT家族中的一員,F(xiàn)RAT1通過(guò)與蛋白質(zhì)糖原合成酶激酶(GSK)3相結(jié)合,抑制GSK3對(duì)β-catenin的磷酸化,使胞質(zhì)內(nèi)游離的β-catenin 水平升高,β-catenin繼而進(jìn)入胞核,激活c-myc,cyclinD1等一系列癌基因的表達(dá),正向調(diào)節(jié)Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,引起細(xì)胞異常增殖,最終致使細(xì)胞發(fā)生癌變[9-10]。研究證實(shí),F(xiàn)RAT1在食管癌、卵巢癌、星形細(xì)胞瘤、腦膠質(zhì)瘤、非小細(xì)胞肺癌、胃癌[11-16]中均有高表達(dá),被認(rèn)為是維持細(xì)胞惡性表型的關(guān)鍵因子。因此,F(xiàn)RAT1基因?qū)Y(jié)腸癌的基因治療具有重要意義。
RNAi為目前最有效的基因沉默技術(shù),RNAi是由雙鏈RNA分子介導(dǎo)的序列特異性轉(zhuǎn)錄后基因靜默(post-transcriptional gene silencing,PTGS)過(guò)程,為雙鏈RNA分子在mRNA水平上關(guān)閉相關(guān)基因表達(dá)的過(guò)程,是一項(xiàng)新興的基因阻斷技術(shù)[17]。RNAi能簡(jiǎn)便、快捷和特異性地下調(diào)靶基因,用于基因功能的研究。相對(duì)于傳統(tǒng)的基敲除技術(shù),RNAI技術(shù)具備投入少,周期短,操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)成功構(gòu)建的FRAT1shRNA表達(dá)載體pSINsi-hu6在細(xì)胞內(nèi)利用Ⅲ型RNA聚合酶(RNA polymerase Ⅲ),合成shRNA,exportin-5將其運(yùn)輸?shù)桨|(zhì),由Dicer識(shí)別,胞質(zhì)中裂解,產(chǎn)生siRNA,獲得持續(xù)基因沉默效應(yīng)。21個(gè)堿基序列的設(shè)計(jì)的合理性決定siRNA沉默效率,目前關(guān)鍵問(wèn)題是如何設(shè)計(jì)針對(duì)目的基因的高效特異性siRNA。當(dāng)今研究者們使用生物信息學(xué)、計(jì)算機(jī)輔助手段選擇最佳siRNA[18-19]。實(shí)驗(yàn)中FRAT1基因在mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平分別下降92.63%、55.72%(P<0.05),成功建立了FRAT1基因表達(dá)下調(diào)的實(shí)驗(yàn)細(xì)胞模型,可滿足進(jìn)一步研究FRAT1基因功能的要求。
綜上所述,以pSINsi-hu6載體為介導(dǎo),轉(zhuǎn)染特異的FRAT1基因的siRNA,成功地構(gòu)建了FRAT1基因表達(dá)下調(diào)的實(shí)驗(yàn)細(xì)胞模型,為FRAT1基因靶向治療的可行性作了初步探索,為進(jìn)一步誘導(dǎo)其對(duì)化療藥物的敏感性以及動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)提供了理論及實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),為人結(jié)腸癌的生物治療探索了一條新途徑。
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(收稿日期:2014-01-09 本文編輯:郭靜娟)
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(收稿日期:2014-01-09 本文編輯:郭靜娟)
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(收稿日期:2014-01-09 本文編輯:郭靜娟)