·论著·
has-m
吴德刚 骆慧 范立刚 王颖毅 韩斌 尤永平 刘宁
【摘要】 目的 构建靶向has-miR-181b基因的慢病毒表达载体。方法 根据has-miR-181b序列设计互补的单链寡核苷酸引物序列进行退火延伸后连入经双酶切的pGCSIL-GFP载体质粒,与辅助元件载体质粒pHelper 1.0及pHelper 2.0共同导入感受态细胞T293进行慢病毒包装,收集、浓缩并测定病毒滴度。用所得病毒转染U87胶质瘤细胞;实时定量PCR检测转染后miR-181b表达,流式细胞术检测细胞凋亡以及Transwell实验评价细胞侵袭能力的改变。结果 目的序列成功连接 入载体,测序分析证实目的序列载体构建成功,并测得病毒滴度为6×109 TU/ml;病毒转染U87胶质瘤细胞能够显著上调has-miR-
181b表达,该病毒载体能够有效诱导胶质瘤细胞凋亡,显著抑制U87细胞的侵袭性。结论 成功建立高效稳定表达has-miR-181b的慢病毒转染系统,体外实验中能够有效诱导U87
胶质瘤细胞凋亡,
并且可以抑制胶质瘤的侵袭能力。【关键词】 microRNA-
181b;慢病毒表达载体【中图分类号】 R730 【文献标识码】 A 【文章编号】 0253-3685(2012)10-1117-04Construction and identification of lentiviral vector carrying has-miR-181b WU Degang,LUO Hui,FAN Ligang,et al.Department of Neurosurgery,First Affiliated Hospital,Nanjing MedicalUniversity,Nanjing 210029,CHINA【Abstract】 Objective To construct and identify lentiviral vector carrying
has-miR-181b.Methods Two complimentary
oligos of has-miR-181bwere synthesized and ligated with pGCSIL-GFPvector.The recombinant vectors were then transfected with viral packaging
mix into T293cells andthe titer of the lentiviral stock was determined.The exp
ression of has-miR-181bin lentiviral-infectedU87cells was examined by quantitative RT-PCR.The cell apoptosis was detected by
flow cytometry,and the invasion capability of U87cells was monitored by
transwell assay.Results The resultingrecombinant was confirmed by sequencing,which demonstrated by
the recombinant plasmids containedthe correct sequences of designed transcript templates.A lentiviral vector containing
has-miR-181bwas infected with T293cell line,
and the titer for lentiviruses was 6×109 TU/ml.The has-miR-
181bwas significantly up-regulated after the infection.The infection of lentiviral vector containing has-miR-181bcould lead to the induction of apoposis and the supp
ression of invasion in U87glioma cells.Conclusion The lentivirus containing
has-miR-181bhas been constructed successfully,which couldefficiently
induce human glioma U87cell apoptosis and decrease the cell invasion capability.【Key
words】 microRNA-181b;Lentiviral vector[Jiangsu Med J,May
2012,38(10):1117-1120.] 基金项目:
国家自然科学基金(81172389、81101901);江苏省自然科学基金(BK2010580、BK2011847
);江苏高校优势学科建设工程资助项目
作者单位:210029 江苏省,南京医科大学第一附属医院神经外科
通讯作者:刘宁 E-mail:liuning
0853@yahoo.com.cn miRNA是一类内源性非编码RNA,长约22-
24nt,在精细调控基因表达及生物生长发育过程方面发挥着重要作用。研究发现50%以上的miRNA定位在肿瘤相关基因组区域,通过多种分子机制广
泛参与肿瘤的发生发展[
1]
。我们前期研究发现miR-
181b在高级别胶质瘤细胞中表达明显下调,且其表达水平与胶质瘤级别呈负相关,推测其可能是与胶质瘤发生发展关系密切的miRNA。慢病毒载体可以将外源基因有效地整合到宿主染体上,从而达到持久性表达,
对分裂细胞和非分裂细胞均具有感染能力,是进行miRNA功能及机制研究的理想载体。为了研究miR-181b在胶质瘤发生发展中的作用及其作为基因靶点的可能性,我们构建了靶向has-miR-181b基因的慢病毒表达载体,并初步探讨其对胶质瘤细胞凋亡、侵袭性的影响。
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材料与方法
一、材料
T293细胞购自中国科学院上海生命科学研究院。U87胶质瘤细胞系由上海华山医院神经外科朱剑虹教授惠赠。pGCSIL-GFP载体质粒、辅助载体pHelper 1.0和pHelper 2.0质粒购自上海吉凯公司。限制性内切酶AgeI和EcoRI购自New Englan
dBiolabs公司。质粒抽提试剂盒购自QIANGEN公司。Lipofectamine 2000购自上海Invitrogen公司。Plus-20离心超滤装置购自MILLIPORE公司。一步法MicroRNAout购自北京TIANDZ公司;has-miR-181bTaqMan?MicroRNA Assay、U6TaqMan?MicroRNA Assay及TaqMan?MicroRNA ReverseTranscription Kit和TaqMan Universal PCRMaster Mix购自ABI公司;7300HT荧光定量PCR仪购自美国ABI公司。Annexin V APC/PI试剂盒购自美国Bender MedSystems公司。
二、方法
1.PCR扩增目的片段 通过Sanger获得has-miR-181b序列,应用设计软件设计包含目的片段、保护碱基和分别含有Age I和EcoRI酶切位点的上下游引物,由上海吉凯基因化学技术有限公司合成。上游引物:ACCGACCGGTCTGATGGCTGCACT-CAACATTCATTGCTGTCGGTGGGTTTGAGT-CTGAATCAACTC;下游引物:ACCGCAATTGT-GTTTGGTCCGCAGTTTGCATTCATTGATCA-GTGAGTTGATTCAGACTCAAACC。以人基因组DNA为模板进行PCR扩增,反应条件:94℃预变性30s,94℃变性30s,55℃退火30s,72℃延伸30s,
20个循环。纯化并回收PCR产物。
2.重组慢病毒表达载体的构建 上述PCR产物和pGCSIL-GFP载体质粒分别进行Age I和Eco RI双酶切及回收纯化,两者产物16℃连接过夜,所得载体转化DH5a感受态细菌,筛选阳性克隆,送上海Invitrogen公司测序。
3.质粒及转染液准备 测序无误的pGCSIL-miR-181b载体质粒、pHelper 1.0和2.0载体质粒分别进行高纯度无内毒素抽提,紫外光吸收法测定其浓度及纯度,保证所提质粒DNA的A260/A280在1.8-2.0之间,DNA浓度在500ng/μl以上。转染液包括A、B两部分,液体A:pGCSIL-miR-181b载体20μg,pHelper 1.0载体15μg,pHelper 2.0载体10μg,加入无血清DMEM培养基至总体积2.5ml,充分混匀,室温孵育5min;液体B:100μlLipofectamine 2000与2.4ml无血清DMEM培养基混合,室温孵育5min。混匀A、B溶液,室温孵育20min,使转染复合物形成。
4.慢病毒包装 转染前24h,用胰蛋白酶消化对数生长期的T293细胞,以含10%胎牛血清的培养基调整细胞密度为1.2×107细胞/20ml,重新接种于15cm细胞培养皿培养至细胞密度达70%-80%时进行转染。转染前2h将细胞培养基更换为无血清培养基。加入转染液培
养8h后换用DMEM培养基,继续培养至转染后48h。收集细胞上清液,于4℃,4000r/min离心10min,除去细胞碎片。使用Plus-20离心超滤装置浓缩样品得到病毒浓缩液,-80℃长期保存。
5.病毒滴度测定 使用逐孔稀释滴度测定法,DMEM培养基重悬T293细胞至4×105细胞/ml,96孔板中每孔加入细胞悬液100μl。待测病毒原液10μl用无血清DMEM培养基10倍体积稀释7次后加入96孔板中,培养24h后更换为完全培养基,继续培养72h后观察荧光表达情况。病毒滴度=带有荧光的细胞数/加入的病毒原液量。
6.慢病毒转染U87胶质瘤细胞 于6孔培养板中接种5×105细胞/孔,含双抗和10%胎牛血清DMEM培养基培养,细胞融合率达到60%-70%时加入浓缩病毒10μl/孔,转染空载慢病毒载体的U87胶质瘤细胞为阴性对照,未加任何处理的作为空白对照,荧光显微镜观察感染效率。
7.实时定量PCR检测has-miR-181b 取转染慢病毒后5d后U87胶质瘤细胞、空白对照细胞及阴性对照细胞,按照说明书中步骤提取miRNA,使用ABI公司的TaqMan MicroRNA逆转录试剂盒进行逆转录,具体操作及条件按说明书进行。逆转录所得cDNA 1.33μl、hsa-miR-181b或U6 20×Real Time 1μl、TaqMa
n 2×Universal PCR MasterMix 10μl、去RNA酶水7.67μl体系进行PCR扩增,反应条件:95℃10min,95℃15s,60℃1min,40个循环。ABI 7300系统软件分析基因扩增情况,记录相应Ct值,以U6为内参校正,每组设3个复孔。基因相对表达量采用2-ΔΔCt方法计算。
8.细胞凋亡检测 用胰酶消化转染48h后的U87细胞成单细胞悬液并收集,磷酸盐缓冲液(PBS)洗涤2次,1×Annexin结合缓冲液500μl重悬,充分吹打,使细胞密度约为1×106/ml。加入
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5μl Annexin V-FITC和100μg/ml的PI 1μl,轻轻混匀室温孵育15min,1h内上流式细胞仪分析细胞凋亡率。
9.Transwell试验检测U87细胞侵袭力 转染48h后的U87细胞用无血清培养基洗3次。消化后重悬于含0.1%胎牛血清培养基中,取5×106/ml细胞100μl加入至已铺Matrigel胶的8μm孔径Transwell小室(美国Coming Costar公司)的上室,600μl 20%胎牛血清培养基加入下室。37℃、5%CO2培养24h后,取出Transwell小室,棉球擦去上表面细胞,4%多聚甲醛固定30min。0.1%结晶紫染30min,PBS洗2遍,随机取3个视野,倒置显微镜下(×100)观察,计数每个视野内的穿过微孔的细胞数。
三、统计学处理
采用SPSS 13.0进行统计分析,两组间比较采用t检验,P<0.05为差异有统计学意义。
结果
一、慢病毒载体的构建
合成的正向和反向片段溶解于灭菌水中混合,退火反应所得双链与经Age I/Eco RI酶切并纯化的pGCSIL-GFP载体质粒连接。PCR所得反应产物为109bp(图1),经酶切并纯化后进行电泳鉴定,绝大部分质粒与插入片段连接成功。含有目的片段的重组质粒经测序鉴定,结果与设计序列核对完全相符。
二、慢病毒滴度测定
本实验中测得慢病毒滴度为6×109 TU/ml。
三、慢病毒转染U87细胞
转染U87胶质瘤细胞48h后目的基因表达量逐渐达到顶峰,荧光显微镜观察培养细胞可见大量的绿荧光蛋白(GFP)的表达(图1)。
四、实时定量PCR检测has-miR-181b表达
实时定量PCR检测转染慢病毒后的U87细胞miR-181b的表达较空白对照及阴性对照细胞明显上调,差异有统计学意义(P<0.01)(图2)。
五、细胞凋亡检测
转染慢病毒48h后的U87细胞出现明显凋亡,凋亡率为(11.80±2.98)%,空白对照细胞及阴性对照细胞均无明显凋亡(P<0.05)。
六、Transwell实验分析转染后细胞侵袭能力的改变
在U87中,转染慢病毒后,细胞穿过滤膜数
目
注:1 PCR产物
图1 PCR
产物琼脂糖凝胶电泳图谱
与空白对照组和阴性对照组比较,aP<0.01
图2 has-miR-181b在慢病毒转染后的U87细胞
及阴性对照细胞中的表达水平
为(53.14±17.34)个,而空白对照组为(123.47±18.89)个,阴性对照组为(115.56±20.37)个;转染慢病毒组穿过滤膜细胞数目较空白对照组和阴性对照组的明显减少(P<0.05),而空白对照组与阴性对照组之间的差异无统计学意义。
讨论
miR-181家族包括miR-181a-1、miR-181a-2、miR-181b-1、miR-181b-2、miR-181c和miR-181d。在小鼠发育过程中,miR-181家族表达于骨髓未分化的造血祖细胞中,在已分化的各系细胞中与之相比较低[2];脑组织中miR-181家族在胎儿和出生后早期阶段呈低表达,而成年后表达则显著升高[3]。
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同时,miR-181还参与骨骼肌的分化和原始胚胎血管内皮细胞的分化调节[4-6]。Wang等[7]发现在肝癌细胞中miR-181b表达上调,并通过靶向调节肿瘤抑制基因TIMP3、参与TGF-β信号通路及增强MMP-2和MMP-9的活性促进肝癌细胞的存活和侵袭。
在胶质瘤中miR-181a和miR-181b呈低表达。Ciafre等[8]通过胶质瘤肿瘤组织样本及胶质瘤细胞系中共245种miRNA进行微阵列检测分析发现胶质瘤中miR-181家族表达下调,其中以miR-181a和miR-181b最为显著。我们前期研究发现,miR-181a与miR-181b在高级别胶质瘤细胞中表达明显下调,在胶质瘤细胞U87、U251和TJ905中转染miR-181a和miR-181b寡聚核苷酸上调miR-181a和m
iR-181b表达,能够有效抑制胶质瘤细胞侵袭能力,诱导其凋亡[9]。过表达miR-181b形成的克隆数较过表达miR-181a更少,其抑制胶质瘤细胞的转化能力效应亦较后者更为明显,miR-181b诱导凋亡效果亦较miR-181a更为明显。我们推测,miR-181a和miR-181b可能与人类脑细胞发育分化密切相关,参与胶质瘤细胞未分化状态形成或维持,其中miR-181b较miR-181a在胶质瘤发生发展中的生物学作用更为重要。
慢病毒是逆转录病毒的亚科之一,其最大特点在于可同时感染分裂期及非分裂期细胞,并可在体内长期稳定表达,安全性较好,应用范围较逆转录病毒和腺病毒体系更广,是目前基因中研究较为广泛的载体,对包括神经元细胞[10]、心肌细胞[11]等多种类型的细胞具有基因的应用前景。
本实验采用分子克隆技术,构建靶向has-miR-181b基因的慢病毒表达载体时的插入序列不仅包含Sanger数据库列出的成熟体has-miR-181b的序列,还包含茎环结构及100-200bp长的两端侧翼序列,使表达出的pre-microRNA生理活动尽可能接近天然状态,有利于pre-microRNA在运输蛋白作用下从细胞核进入细胞质,在Dicer等相关蛋白作用下得到成熟microRNA从而发挥生物学作用。重组病毒生产时采用多质粒包装系统,具有更好的生物安全性和有效性。
本实验成功构建了has-miR-181b慢病毒表达载体,经PCR鉴定、DNA测序证明符合设计要求,并获得了可供转染的滴度,而且在感染细胞后能显著升高miR-181b在细胞内的表达。在体外实验中,has-miR-181b慢病毒表达载体可以促进U87细胞的凋亡以及抑制胶质瘤细胞的侵袭性。为进一步研究miR-181b在胶质瘤发生发展中的作用及其机制,探索以miR-181b为靶点的基因等后续研究奠定了基础。
参考文献
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(收稿日期:2011-12-05)(供稿编辑:王瑶)
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