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腺相关病毒介导的小鼠prnp基因打靶载体构建

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维普资讯 http://www.cqvip.com 江西农业学报2008,20(5):78~81 Acta Agricuhurae Jiangxi 腺相关病毒介导的小鼠prnp基因打靶载体构建 王海鹰 ,万家余 ,聂代邦2,高宏伟 (1.军事医学科学院军事兽医研究所,吉林长春130062;2.吉林大学和平校区畜牧兽医学院,吉林长春130062) 摘要:利用三重融合PCR方法构建了小鼠prnp基因敲除载体。提取129小鼠基因组,设计引物扩增打靶载体同源臂, 把两同源臂与neo基因三元件PCR扩增成一条融合基因。融合基因与从V载体酶切后的载体骨架通过Ⅳ0t,酶切位点相连 接,构建重组质粒载体r从V。 关键词:prnp;基因敲除;腺相关病毒载体;融合PCR 中图分类号:Q782文献标识码:A文章编号:1001—8581(2008)05-(KY/8—04 Construction of Adeno——associated Virus Vector for Mouse prnp Gene Targeting WANG Hai—yingI1 ,WAN Jia—yu ,NIE Dai—ban ,GAO Hong—wei ‘ (1.Institute of Military Veterinary,Academy of Military Medical Sciences,Changchun 130062,China; 2.College f oAnimal Science and Veterinary Medicine,Jilin University,Changchun 130062,China) Abstract:The adeno——associated virus vector for mouse prnp gene targeting Was constructod by using three——way fusion PCR method.129 mouse genomes were extracted,the primer or ampliffication of homdogy aI1IIs Was designed,and then the left homology &ru1.right homology ann and neD gene were fused to one gene.The recombination plasmid vector rAAV Was constructed by ligatingfu- sion gene into vector backbone through Nod restriction enzyme site. Key words:prnp:Gene knockout:Adeno—associated virus vector;Fusion PCR 朊蛋白(prion protein)是动物传染性海绵状脑病的 致病蛋白,是由朊蛋白基因(prnp)编码的一种糖蛋白。 打靶载体,并在实验中取得了可喜的结果,在人的成纤维 细胞中打靶频率高达l% ,比普通载体的打靶效率高 牛的传染性海绵状脑病(BSE)俗称疯牛病,是一种严重 危害人类健康和世界经济发展的传染性疾病。疯牛病 1986年首次在英国发现,随后大面积暴发,研究疯牛病 的致病机理及检测方法一直是生命科学界所研究的 热点。 出4~5个数量级。鉴于这一优点,本实验采用AAV做 打靶载体,探讨了构建效率高的鼠的prop基因敲除 载体。 1材料与方法 1.1实验载体和菌株打靶载体AAV helper—free sys— tem购自sratagene公司。克隆载体pMD一18T vector购 因为prnp基因在哺乳动物中具有高度的同源性,所 以以小鼠为研究朊蛋白病的动物模型具有可行性。小鼠 的prnp基因是位于2号染色体的单拷贝基因,全长 38418 bp,含有3个外显子和2个内含子,编码框在外显 自Takara生物技术公司。实验菌株DI-I5为实验室保存。 1.2主要实验试剂各种性内切酶、Taq酶、T 4连 接酶、碱性磷酸酶,购自TaKaRa生物技术公司;DNA凝 胶片段回收试剂盒购自杭州维特洁生物技术公司;质粒 子3上。prnp基因表达非常广泛,在神经系统、淋巴组 织以及肝脏、肺脏、肾脏、肌肉中都有不同程度的表达, DNA小量提取试剂盒购自博日生物技术公司。 1.3引物设计及合成 但以中枢神经系统表达最高。 基因敲除又称基因打靶(gene targeting)技术,是通 过外源DNA与染色体DNA之间的同源重组,精细地定 1.3.1 5 同源臂扩增引物(模板序列GenBank登录号 U29186)prp5F:(21 bp)5 一TCACTGTTGTCCTI GC— CTCT一3 ;prp5R:(21 bp)5 一GATATI'GCATGGTrGT- 点修饰和改造基因DNA片段的技术。它是在胚胎干细 胞技术和同源重组技术的基础上发展起来的,1987年第 —TACGC一3 ;扩增产物为1131 bp。 1.3.2 3 同源臂扩增引物(模板序列GenBank登录号 U29186)prp3F:(22 bp)5 一TGCTrGTrCCTrCGCAT- TCTCG一3 ;prp3R:(24 bp)5 一CGCCAGGTGTrCAT- 个基因敲除小鼠诞生。本实验是用腺相关病毒载体 (AAV)做为打靶载体的,AAV是单链DNA的细小病毒 组,长4.7 kb,作为依赖病毒属的亚科的成员,AAV依赖 其他病毒如腺病毒和单纯疱疹病毒来完成它的生命周 期。AAV多用于基因治疗载体,1998年首次被用于基因 收稿日期:2008—02-28 CATAGCTrCT一3 ;扩增产物为1232 bp。 1.3.3 neomycin CDS序列扩增引物PGK neo F:(5O 作者简介:王海鹰(1982一),女,内蒙古呼伦贝尔人,博士研究生,从事转基因动物及基因打靶方面的研究。 通讯作者:高宏伟。 维普资讯 http://www.cqvip.com

5期 王海鹰等:腺相关病毒介导的小鼠prnp基因打靶载体构建 79 bp)5 一CCATGGCGTAACAACCATGCAATATCAT— TCTACCGGGTAGGGGAGGCGCT一3 :PGK neo R:(49 GATCCbp)5 一ACCACGAGAATGCGAAGGAACAAGCA————-1.4.5融合基因扩增融合片段pr5 扩增:以100倍 0稀释prp5质粒为模板,PCR反应体系为50 ,组分为: —— 模板2.5 L、上下游引物(10 I ̄mol/L)各2.5 、10 x Ex Taq buffer 5 L、10 reotol/L dNTPs 5 、Ex Taq酶1 ,AGACATGATAAGATACAT-3 ,画线部分表示与3 同源 臂重叠序列。 1.3.4融合基因扩增引物内切酶识别位点bp)5 一 PrP5F:(30 TCACTGTrGTCCTrAGCCTCTG一3 , 补水至终体积50 ;反应条件为:94℃预变性4 min;94℃变性30 s.46℃退火30 s.72℃延伸1 min, 共30个循环;72℃延伸10 min。PCR产物回收(命名 画线部分表示NotI性;PrPSR:(50 bp)5 一 为pr5 )。融合片段pro03 扩增:以100倍稀释prp3质粒 AAAGCGCCTCCCCTACCCGGTAGA ATGATATI'GCATGG— TTGTTACGCCAT一3 ;PrI】3F:(50 bp)5 一TCAATGTATCT- TATCATGTCrGGATC GI朗[TG兀℃CITa。C ATI℃TCGTG 一 3 ,画线部分表示与neomycin CDS重叠序列;PrP3R:(32 bp)5 一 cGCCAGGTGTrCATcATAGcTI℃一3 , 画线部分表示NotI酶切位点。所有引物均由上海生物工 程公司合成。 1.4实验方法 1.4.1小鼠组织基因纽提取 小鼠肝脏组织基因组采用杭 州维特洁生化技术有限公司Animal Tissue Genomic DNA mini—prep Kit提取。提取的DNA于一20℃保存备用,用 1%的琼脂糖凝胶电泳对提取的基因组DNA进行鉴定。 1.4.2 3 同源臂的PCR扩增及克隆 3 同源臂的PCR 扩增以100 ng小鼠肝脏细胞的基因组为模板,PCR反应 体系为50 ,组分为:模板100 ng、上下游引物(10 p,rnol/L)各2.5 、10 x Ex Taq反应buffer 5 、10 mmol/L dNTPs 5 ixL,Ex Taq酶1 ,补水至终体积50 ixL;反应条件为:94℃预变性4 min;94℃变性30 s、53 ℃退火30 s.72℃延伸1 min,共30个循环;72℃延伸 10 min。PCR产物回收(命名为prp3),连接到pMD一 18T载体上。 1.4.3 5 同源臂的PCR扩增及克隆 5 同源臂的PCR 扩增以100 ng小鼠肝脏细胞的基因组为模板,PCR反应 体系为50 ,组分为:模板100 ng、上下游引物(10 Ixmol/L)各2.5 、10 x Ex Taq反应bufer 5 、10 mmol/L dNTPs 5 L、Ex Taq酶1 L,补水至终体积50 ;反应条件为:94℃预变性4 min;94℃变性30 s.48 ℃退火30 s,72℃延伸1 min,共30个循环;72℃延伸 10 min。PCR产物回收(命名为prp5),连接到pMD一 18T载体上。 1.4.4 neomycin CDS及其启动子PGK,polyA扩增以 1 质粒PGKneotpAlox2为模板,PCR反应体系为50 ,组分为:模板1 、上下游引物(10 p,rnol/L)各2.5 、10 x Ex Taq反应bufer 5 、10 mmol/L dNTPs 5 、Ex Taq酶1 I.LL,补水至终体积5o ;反应条件为: 94℃预变性4 min;94℃变性30 s,63℃退火30 s,72 ℃延伸90 s,共30个循环;72℃延伸10 min。用1%的 琼脂糖凝胶电泳对PCR产物进行鉴定(命名为PGK— neo—PA)。 ’ 为模板,PCR反应体系为50 ,组分为:模板2.5 、 上下游引物(10 I ̄mol/L)各2.5 I山L、10 xEx Taq bufer 5 L、10 mmol/L dNTPs 5 L、ExTaq酶1 ILL,补水至终体 积50 ;反应条件为:94℃预变性4 min;94℃变性30 s.48℃退火30 s、72℃延伸1 min,共30个循环;72℃ 延伸10 min,PCR产物回收(命名为prp3 )。融合基因扩 增:以prp5 、prp3 、PGK—neo—PA三个PCR产物为模 板。PCR反应体系为50 ,组分为:模板各为1 、 PrP5 up引物和PrP3 down引物(10 p,rnol/L)各2.5 、 10 xEx Taq bufer 5 L、10 mmol/L dNTPs 5 I.LL、Ex Taq 酶1 I.LL,补水至终体积50 ;反应条件为:94℃预变 性2 min;94℃变性30 s、56℃退火30 s、68℃延伸4 min,共20个循环;68℃延伸5 min。PCR产物回收(命 名为融合基因),连接到pMD一18T simple载体上。 1.4.6融合基因与打靶栽体的连接将测序正确的融 合基因质粒进行Ⅳ0 酶切,酶切体系为NotI 2 、O x Bufer 6 L、质粒20 ,补水至终体积60 L;反应条件: 37℃,3.5 h,将酶切产物进行凝胶回收(命名为p5一neo —p3)。将AAV helper—free system中的pAAV—MCS 进行Ⅳ0 酶切,酶切体系及反应条件同上,将酶切产物 进行凝胶回收(命名为AAV—ITR)。将凝胶回收产物 AAV—ITR进行去磷酸化,反应体系:AAV—ITR 10 、 CIAP酶1 、CIAP bufer 2 ,补水至终体积20 ; 反应条件为:37℃15 min、50℃15 min、65℃30 min。 将AAV—ITR去磷酸化产物与p5一neo—p3进行连接反 应,反应体系:AAV—ITR去磷酸化产物1 、p5一neo— p3 5 、T4连接酶0.5 、T4连接酶bufer 1 L,补水 至终体积10 ixL;反应条件:16℃16 h(命名为rAAV)。 1.4.7基因操作PCR产物回收、连接反应、细菌转化、 质粒提取、酶切鉴定等技术参照相关试剂盒说明书进行。 1.4.8测序反应由上海捷瑞生物技术公司完成。 2结果与分析 2.1 3 同源臂的构建 和 ,删酶切、测序鉴定 3 同源臂,其插入正确,克隆为pMD一18T vector,质粒大 小为3.4 kb(图1)。 2.2 5 同源臂的构建SalI和BamHI酶切、测序鉴定5 同源臂,其插入正确,克隆为pMD一18T vector;质粒大 小为3.3 kb(图2)。 2.3融合基因的构建测序鉴定融合基因,其正确插人 维普资讯 http://www.cqvip.com 80 江西农业学报 20卷 到pMD一18T simple载体上,质粒大小为7.4 kb(图3)。 DH5a,提质粒,NotI酶切,测序鉴定,质粒大小为7.7 kb (图4)。 2.4融合基因与打靶载体的连接连接产物进行转化 s0OObb——{ 勰=穹: ——‘ —一3400bp —《一330ObD 2500bp —.j— lO00bp — - lO00bp 250bp 1:15000 bp DNA marker;2:prp3/SalI+BamHI;3:prp3 plasmid。 1:15000 bp DNA maxker;2:prp5/SalI+BamHI;3:prp5 plasmido 图1 3 同源臂的鉴定 图2 5 同源臂的鉴定 5000bp‘—— 溉=李 —・∈一7400bp 2500bD 勰~ 妻一脚 1:15000 bp DNA marker;2:05一neo—p3一T。 1:15000 bp DNA marker;2:rAAV;3:rAAV/Notl 图3融合基因的鉴定 图4 rAAV鉴定 年,Bueler等首先利用基因打靶技术获得了prnp-/一的 小鼠 J,并且发现这些小鼠没有明显的发育和表型异常。 随后,Buder等、Prusiner等、Weissmann等的研究表明,这 种prnp基因敲除或者缺失的小鼠都对Prion疾病的发生 具有抗性。虽然国外已经建立prnp一/一小鼠模型技术 Prp: ̄dorynprimer ——/ Prp5 primer + 路线,但本实验采用AAV这个新型的打靶载体来进行基 因敲除载体的建立,将会进一步提高打靶效率,同时也为 研究AAV载体的功能提供了很好的实验思路。 本实验采用了新型的打靶方式,即以线性的、单链 DNA的AAV载体为打靶载体。AAV打靶载体包含3~ 4 kb的染色体打靶位点基因组DNA,此位点在AAV的 两个顺式作用元件ITR之间。AAV载体能引起大量不 图5三重融合PCR图解 3讨论 随着分子生物学和分子遗传学的飞速发展,人们对 动物疫病的控制和预防越来越倾向于转基因技术。近年 来,疯牛病在欧洲和美国暴发与蔓延,它是宿主自体朊蛋 白的一种构象病,不能进行免疫识别,而对该病的发病机 同的突变进入单拷贝染色体位点,包括小片段的插入(20 bp)缺失,替换同时还有大的选择标记的插入(1~1.5 ld))。AAV介导的基因打靶具有高效性、高保真 ]、可 理的研究仍待深入,目前人们对该病的防治仅限于防,而 不能治,因此,转基因动物的培育,将会给此类疫病的防 治带来福音 。 以作用于多种细胞,并且没有细胞毒性等优点。 本实验采用的是三重融合PCR的方法 (图5),即分 别扩增打靶载体的同源左臂、同源右臂、Neo基因,再设计 3对嵌合引物使3个基因片段有重叠区,然后将纯化的3 个DNA片段放在同—个反应里进行后续的PCR步骤,利 用嵌合引物之间的重叠序列将3个片段融合在一起,得到 prop基因敲除小鼠动物模型的建立,对研究疯牛病的 的作用,尤其是用此动物模 型做抗prp单抗对活体检测疯牛病有深远的意义。1992 维普资讯 http://www.cqvip.com 5期 王海鹰等:腺相关病毒介导的小鼠prnp基因打靶载体构建 vectors[J].Nat.Biotechno1.,2002,20:735-738. 81 融合DNA片段。因为本实验使用的AAV—MCS载体的 ITR两侧有相同的Notl酶切位点,利用此方法使融合片段 两端具有Notl酶切位点,使融合基因很容易与AAV— MCS载体骨架进行连接,省去了多步酶切连接构建载体 [2]BRU CEME,WILL R G,IRON SIDE JW.Transmissions to mice indicate that’new varint’CJD ais causd eby the BSE agent[J]. Nature,1997,389:498—501: 的步骤。本实验把3个PCR产物同时进行融合反应比 两两融合提高了融合效率,同时增加了保真性。 此prnp基因敲除打靶载体的构建,为下一步基因敲 除小鼠的建立打下了基础,也为提高以AAV作为基因敲 [3]BUEL ER H,FISCHERM,LAN G Y,et 1a.Normal develop— ment and behaviour of ice lmacking the neuronai cell surface PrP protein[J].Nature,1992,356:577—582. [4]Inoue N.,Dong R.,Himta R.K.,et 1a.Introduciton of single base subsittutions at homologous chromosomal sequences by adeno—・as— 除载体的打靶效率奠定了基础。AAV载体无论是在基 因治疗方面还是基因打靶方面都将起重要的作用。 参考文献: [1]Himta R.,Chamberlain J.,Dong R.,et 1a.Targeted transgene insertion into human chromosomes by adeno—associated virus sociatd evirus vector[J].Mo1.Ther.,2001,(3):526-530. [5]Russell D.W.,Hirata R.K.Human gene targeting by viral vec— tots[J].Nat.Genet.,1998,18:325—330. [6]ManuI<oIlli,CarloRago,eta1.Facilemethodsfor generaitng hu- mall somatic eel/gene knockouts using recombinant adeno—asSO" ciatd eviruses[J].Nucleic Acids Research,2O04,32:1~8. (上接第74页) 4.3.2系统选择和匹配一般真空箱内最低工作压力 为0.626 kPa,此时温度达到0℃。在设计制冷系统蒸发 器时,应考虑气体通过时有较大的流导,同时又需考虑 捕获水蒸气的效率,翅片片距一般选用6 mln左右,制冷 系统蒸发温度一般设计为一15~一10℃。此外,可根据 设备的使用地点的具体气候环境和运行条件,确定制冷 系统高压部分采用的冷却形式和制冷系统冷凝温度,并 结合上述抽气流量、制冷负荷和蒸发温度,选择和设计 制冷压缩机、冷凝和蒸发盘管等相应的制冷部件,进行 制冷系统的匹配。 以蔬菜不被冻伤的温度为限。相关电气控制系统的设 计可根据设备运转程序采用PLC程序并辅以触摸屏进 行控制和操作。 蔬菜真空预冷保鲜设备中包含抽真空系统、水喷淋 系统、制冷系统,设计时主要根据保鲜蔬菜的品种和重 量,设计放置蔬菜的货盘和真空箱体容积大小,从而确 定真空抽气负荷、水喷淋流量和制冷系统负荷,并进行 各系统部件的选择和配置。 参考文献: [1]徐成海,张世伟,关奎之.真空干燥[M].北京:化学工业出版 社,2004.1. 5小结 真空冷却设备具有冷却速度快、从蔬菜表面到内芯 [2]达道安.真空设计手册[M].北京:国防工业出版社,1991.6. [3]尉迟斌.实用制冷与空调工程手册[M].北京:机械工业出版 社,2003.1. 冷却均匀、品质高、保鲜期长、损耗小、干净卫生、操作方 便、不受采摘时间等优点,但一般只用于叶菜类,如 白菜、甘蓝、菠菜、韭菜、菜花、春菊、生菜等。 真空预冷保鲜适宜的工作压力范围为600~700 Pa. (.Y-4 ̄第77页) [15]王爱民等.肌肽对心衰病人Na,K—ATPase活性影响的研究 [J].中国老年学杂志,1997,(5):363—364. [16]Douglas G,Rifle MD,Pamela R,et 1a.Vasolilatory acitons of hte idetary pepfide camosine[J].Nutriiton,20Oo,(16):168—172. [17]谭竹钧,韩雅莉.肌肽对绵羊精子无氧酵解的影响[J].动物 学研究,1995,16(1):37~41. [18]谭竹钧,韩雅莉.肌肽棉酚对绵羊精子运动及超微结构的影 [4]Steven Wolfe.有效运用冷藏保鲜物流系统以提高农产品的价 值、市场的渗透力和最大限度减少损失[J].农业科技与信息, 2005,(10):35—36. [21]谭竹钧,韩雅莉.肌肽、棉酚对绵羊精子呼吸的影响[J].生物 学杂志,1995,63(1):23~25. [22]DeckerEA,Livisay sA,Zhou S.Al'e—evaluationoftheantiox— idant activity of puriifd ceamosine[J].Bicheismtry(Mosc), 2000,65(7):766-770. [23]殷定忠,柳卫国,吕锦芳,等.肌肽对肉仔鸡肌纤维发育的影 响[J].家畜生态学报,20O7,28(6):34~37. [24]吕锦芳,宁康健,金光明,等.肌肽对肉鸡生长性能及胸肌肉 品质的影响[J].粮食与饲料工业,2007,(7):41~43. [2^5]东,吴金梅.肌肽的抗氧化性研究进展[J].江西农业学 报,2007,19(4):79~80. 响[J].动物学研究,1995,16(2):119~125. [19]周宏博.蛋白质氧化羰基化和肌肽的保护作用[J].中国老年 学杂志,2OO3,23(5):310—311. [2o]K.Soliman,A.EI—Ansary,Mohamed A M.Effect of camosine administration on metabolic parameters in bilharzia— [26]Lekmov G I,Tese]kin Y.Efect ofclfl'no6ine and its components onfree—radical reacitons[J].Celi Bio.,1998,12(1):89~99. [27]Nissen,Jennifer.TreatmentOptionsfor StomachUlcers[J].Toal Health,2O02,24(5):743~746. infcted ehamsters[J].Comparative Bicheoismtry nd aPhysiology (Part B),2001,15(1):2157~14.6 

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