重组质粒pcDNA3.1-TK-IRES-BDNF的构建及其在大鼠骨髓间充质干细胞中的表达

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第39卷第6期第758页 2010年12月 华中科技大学学报(医学版) Acta Med Univ Sci Technol Huazhong V0l_39 No.6 P.758 Dec. 2010 

重组质粒pcDNA3.1-TK—IRES—BDNF的构建及其 

在大鼠骨髓间充质干细胞中的表达 

张斌青, 安锐△, 吴 涛, 孙逊 * 

华中科技大学同济医学院附属协和医院核医学科,湖北省分子影像重点实验室,武汉430022 

摘要:目的体外构建携带报告基因胸腺嘧啶核苷激酶(TK)和治疗基因脑源性神经营养因子(BDNF)的重组质粒 载体pcDNA3.1一TK—IRES-BDNF,并检测其在大鼠骨髓间充质干细胞(BMSCs)中的表达。方法 采用密度梯度离心法 分离获得BMSCs,进行细胞免疫化学鉴定;应用PCR技术获得HSV1一TK、内部核糖体进入位点(IRES)、BDNF的cD— NA序列,酶切后依次插入到pcDNA3.1的多克隆位点(MSC)中,酶切和序列分析鉴定;脂质体介导重组质粒pcD— 

NA3.1-TK—IRES-BDNF转染BMSCs,RT—PCR和Western blot检测其目的基因表达。结果重组质粒pcDNA3.1-TK— IRES-BDNF经酶切和序列分析鉴定与预期设计一致;RT—PCR和Western blot检测证实TK和BDNF在IRES介导下 可同时表达。结论 成功构建重组质粒pcDNA3.1-TK—IRES-BDNF并在BMSCs中有效表达,为下一步核素活体示踪 

转基因BMSCs治疗脑血管疾病奠定了实验基础。 关键词:骨髓间充质干细胞; 报告基因; 基因治疗 

中图分类号:R349.6 DOI:10.3870/j.issn.1672—0741.2010.06.006 

Construction of Recombinant Plasmid pcDNA3.1-TK—IRES—BDNF and Its Expression in Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells 

Zhang Binqing,An Rui△,Wu Tao et al Department of Nuclear Medicine,Union Hospital,TongJi Medical College, Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430022,China 

Abstract Objective To construct plasmid pcDNA3.1-TK—IRE BDNF,and to detect its expression in rat bone marrow mesenchymal stem cells(BMSCs)in vitro.Methods The cDNA of target genes TK,IRES and BDNF was obtained by PCR,and then subcloned into the eukaryote plasmid pcDNA3.1 vector.Restriction analysis and sequencing were used to confirm the structure of plasmid vector.RT—PCR and Western blot were performed to detect the expression of target genes in BMSCs.Re- suits The recombinant plasmid was identified by using double enzyme digestion and sequencing.The expression of TK and BD— NF was detected simultaneously by using RT-PCR and Western blot.ConcLusion Recombinant eukaryote plasmid pcDNA3.1一 TK—IRES—BDNF was successfully constructed and expressed positively in BMSCs. Key words bone marrow mesenchymal stem cells; reporter gene; gene therapy 

转基因干细胞的兴起为脑梗死等难治性疾病带 

来了新的曙光,但目前对转基因干细胞进入活体后 

的动态变化缺乏有效的示踪技术,影响了其进一步 

发展。放射性核素报告基因显像技术是分子影像学 

的重要组成部分,工型单纯疱疹病毒胸苷激酶(her— 

pes simplex virus thymidine kinase gene type一1。 

HSV1一TK)是较常用的酶报告基因,以往的应用主 

要集中于肿瘤基因治疗的示踪_1]。将报告基因和治 

疗基因偶联后,通过分子生物学技术转入干细胞,即 

可示踪转基因干细胞的动态变化,为活体示踪转基 

国家自然科学基金资助项目(No.30770605) 张斌青,男,1981年生,医学博士,E—mail:sqfzbq@1 63.com 通讯作者,Corresponding author,E—mail:anruiwh@163.com 因干细胞提供了一种新的无创技术。本研究旨在构 

建携带报告基因TK和治疗基因脑源性神经营养因 

子(brain—derived neurotrophic factor,BDNF)的真 

核质粒表达载体,培养大鼠骨髓间充质干细胞(BM— 

SCs),检测携带偶联基因的质粒载体对BMSCs的 

转染和目的基因的表达,为下一步选择合适的载体 

活体示踪转基因干细胞移植治疗脑梗死奠定实验基 

础。 

1材料与方法 

1.1主要材料 

质粒pcDNA3.1、pIRES—EGFP、pcDNA3.1一 

TK以及pcDNA3.卜EGFP均为本实验室保存;逆 张斌青等.重组质粒pcDNA3.1_TK—IRE ̄BDNF的构建及其在大鼠骨髓间充质干细胞中的表达 ・759・ 

转录酶,限制性内切酶BamH工、Xba工、EcoR I、 

Afl II,高保真Pfu ultra DNA聚合酶,DNA连接酶 

和DH5 0【均为TaKaRa公司(日本)产品;Trizol,胎 

牛血清,L—DMEM及脂质体Lipofectamin 2000为 

Invitrogen公司(美国)产品;质粒抽提试剂盒和 

DNA凝胶回收试剂盒为Qiagen公司(美国)产品; 

其他试剂均为进口或国产化学分析纯。引物合成、 

测序均由上海生工生物工程有限公司完成。SD大 

鼠来源于华中科技大学同济医学院实验动物学部。 

人淋巴细胞分离液购自天津TBD公司。兔抗鼠 

CD44、CD34、BDNF单克隆抗体,羊抗兔IgG/HRP 

试剂盒,羊抗鼠B—actin抗体均购自武汉博士德生物 

工程有限公司。 

1.2 目的基因引物设计与合成 

根据GenBank里的TK、IRES以及大鼠BDNF 

基因的CDS区合成相应的引物,并在引物的两端加 

入与质粒载体pcDNA3.1的多克隆位点(MSC)相 

对应的酶切位点。引物序列、引入的酶切位点(下划 

线)及前面的保护碱基如表1所示。设计好的引物 

送上海生工生物工程有限公司合成。 

表1 目的基因PCR引物序列及引入的内切酶 Table 1 PCR primers of target genes and enzymes 

1.3真核质粒载体pcDNA3.1一TK-IRES-BDNF的构建 使用以上合成的引物小片段进行PCR扩增获 

得各个目的片段,对其两端酶切后依次插入到同时 

进行过相应酶切的pcDNA3.1载体中,最终得到目 

的质粒命名为pcDNA3.1_TK—IRES—BDNF。在载 

体构建过程中每插入一个片段都要进行酶切鉴定, 

最终目的质粒送公司测序。 

1.4 BMSCs原代细胞培养与鉴定 采用密度梯度离心法培养BMSCs。无菌条件 下取3~4周龄SD大鼠股骨和胫骨,剪去骨骺端, 

用L-DMEM培养液冲出骨髓,离心收集细胞,用人 

淋巴细胞分离液分离BMSCs,将分离得到的BM— 

SCs接种到含有2O 胎牛血清的L—DMEM培养液 

中,在37℃、5 CO。饱和湿度培养箱中培养。3~5 

d细胞换液,8~12 d第1次传代,以后3~5 d传代 

1次。检测细胞标志物CD34(一)和CD44(+)的表 

达,对细胞进行鉴定。取第2~4代细胞爬片固定, 

依次经过H O。孵育、封闭血清孵育、CD34(一)或 

CD44(+)抗体孵育、二抗孵育、苏木精复染之后,显 

微镜下观察照相。 

1.5脂质体介导质粒载体转染BMSCs 

取2~4代细胞,待细胞生长融合至约80%后 

进行转染,转染时细胞换无血清培养液,质粒pcD— 

NA3.1-EGFP(/ ̄g)与脂质体( L)按1:2.5转染,4 

~6 h后换液置37℃,5 CO。饱和湿度培养箱中培 

养。待质粒转染48 h后荧光显微镜下观察绿色荧 

光细胞,流式细胞仪检测绿色荧光细胞阳性率。 

1.6 RT-PCR法检测HSV-TK基因mRNA的转录 

pcDNA3.1-TK—IRES-BDNF转染BMSCs 48 h 

后,Trizol试剂提取细胞总RNA,逆转录得到cD— 

NA,PCR扩增出目的片段。引物序列见表2。PCR 

反应条件:94℃预变性5 rain,94℃解链30 S、57℃退 

火30 S、72℃延伸1 rain,循环3O次,72℃总延伸1O 

rain,4 ̄C终止反应。取5 L的PCR产物经2 琼 

脂糖凝胶电泳分析结果。 

表2 PCR引物序列及扩增片段大小 Table 2 Sequences of PCR primers and size of target genes 

1.7 Western blot检测BDNF基因的表达 

pcDNA3.1-TK—IRES—BDNF转染BMSCs 48 h 

后,蛋白裂解液充分裂解细胞,沸水浴5 min,取50 

L进行12 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳,将蛋白转 

移至硝酸纤维素膜上,封闭后加人1:100抗BDNF 

多克隆抗体,洗膜,加入辣根过氧化物酶标记的二 

抗,显色,曝光,显影及定影。