人SNCA基因真核表达载体的构建及其在PC12细胞中的表达

作者：钱进军, 程言博, 刘春风*, 杨亚萍, 刘康永 作者单位：苏州大学附属第二医院神经内科, 江苏 苏州 215004; 镇江市第四人民医院神经内科, 江苏 镇江 212001; 苏州大学衰老与神经疾病实验室, 江苏 苏州 215123

　　【摘要】 　　目的: 构建含人野生型及致病突变A30P、 A53T SNCA基因的重组真核表达载体pEGFPC3SNCA, 并通过稳定转染获得过表达人野生型及致病突变A30P、 A53T αsynuclein(SNCA)的单克隆PC12细胞株。方法: 通过RTPCR方法扩增SNCA基因, TA克隆后测序。在此基础上利用单核苷酸差异引物定点诱变法相继构建含SNCA基因编码区EcoR I、 BamH I两酶切位点的同义突变及其致病突变G88C(Ala30 Pro)、 G209A(Ala53Thr)的重组真核表达载体pEGFPC3SNCA, 并以PCR、 双酶切、 测序鉴定。以重组质粒pEGFPC3SNCA通过脂质体转染方法转染PC12细胞; 以G418进行筛选; 以有限稀释法进行亚克隆获得稳定过表达人野生型及致病突变A30P、 A53T αsynuclein的单克隆PC12细胞株, 并以稳定转染pEGFPC3的PC12细胞作为对照组细胞, 通过RTPCR、 Western blot及荧光显微镜鉴定各单克隆PC12细胞株。结果: PCR、 酶切及测序证明重组真核表达载体pEGFPC3SNCA构建成功。RTPCR、 Western blot及荧光显微镜确认目的基因序列在PC12细胞稳定过表达。结论: 成功地构建SNCA基因WT及A30P与A53T突变型的重组真核表达载体pEGFPC3SNCA; 成功获得过表达人野生型及致病突变A30P、 A53T αsynuclein的单克隆PC12细胞株。

　　【关键词】 α synuclein(SNCA) 致病突变 真核表达载体pEGFP C3 稳定转染 PC12细胞

　　Construction of eukaryotic expression vector containing hSNCA gene and its pathogenic mutants and its expression in PC12 cells

　　QIAN Jinjun, CHENG Yanbo, LIU Chunfeng*, YANG Yaping, LIU Kangyong

　　Department of Neurology, Second Affiliated Hospital of Soochow University, Suzhou 215004; Department of Neurology, Fourth People’s Hospital of Zhenjiang, Zhenjiang 212001; Laboratory of Aging and Nervous Diseases, Soochow University, Suzhou 215123, China

　　[Abstract] AIM: To construct recombinant eukaryotic expression vectors pEGFPC3SNCA containing human wildtype (WT) and pathogenic mutations A30P, A53T αsynuclein (SNCA), and to obtain monoclonal PC12 cell lines overexpressing human wildtype and pathogenic mutations A30P, A53T αsynuclein by stable transfection. METHODS: Human wild type SNCA gene was cloned by using RTPCR. By TA extension cloning, the gene was ligated with Tvector and sequenced. Based on it, the recombinant eukaryotic expression vectors containing wild type SNCA synonymous mutation or its G88C (Ala30Pro) and G209A (Ala53Thr) pathogenic mutation were constructed by sitedirected mutagensis using primer variance in mononucleotide. And different recombinant plasmids pEGFPC3SNCA were identified with PCR, restriction enzyme digestion and DNA sequencing. PC12 cells were transfected with different recombinant plasmids pEGFPC3SNCA by liposome transfection method, screened with G418, and subcloned by limited dilution method to obtain different monoclonal PC12 cell lines stably overexpressing human wildtype, A30P or A53T αsynuclein, respectively, and PC12 cells stably transfected with pEGFPC3 were used as control group. These monoclonal PC12 cell lines were identified with RTPCR, Western blot and fluorescence microscopy. RESULTS: According to result of PCR, the double digestion and gene sequencing, it was comfirmed that recombinant eukaryotic expression vectors containing wild type SNCA synonymous mutation or its Ala30Pro and Ala53Thr pathogenic mutation had been constructed successfully. By means of RTPCR, Western blot and fluorescence microscope, it was comfirmed that objective gene sequences in PC12 cells were stably overexpressed. CONCLUSION: The recombinant pEGFPC3SNCA vectors containing wild type SNCA synonymous mutation or its Ala30Pro and Ala53Thr pathogenic mutations had been constructed successfully. The transfected monoclonal PC12 cells are obtained in which three SNCA gene isoforms had stable expression.

　　[Keywords]αsynuclein(SNCA); pathogenic mutation; eukaryotic expression vector pEGFPC3; stable transfection; PC12 cell

　　多巴胺能神经元中出现路易小体(Lewy body, LB)是帕金森病(Pakinson’s disease, PD)的特征性病理改变, SNCA基因编码的αsynuclein在病理状态下聚集形成不溶性纤维, 构成了LB的主要成分, 而Ala30Pro、 Ala53Thr的致病突变与家族性PD相关[1, 2]。αsynuclein及其Ala30Pro、 Ala53Thr致病突变体在PD的病理机制中可能起着十分重要的作用, 我们通过构建含绿色荧光蛋白的SNCA同义突变基因及其Ala30Pro与Ala53Thr致病突变基因的真核表达载体pEGFPC3SNCA质粒, 并以此转染PC12细胞, 建立稳定表达该基因蛋白及变异蛋白的多巴胺能PC12细胞模型。

　　1 材料和方法

　　1.1 材料 克隆载体pTZ57R与真核表达载体pEGFPC3购自Promega公司; E.coli DH5α菌株、 培养基RPMI1640购自Invitrogen公司; PC12细胞株购自中国科学院上海细胞所; 小牛血清购自杭州四季青公司; Taq酶购自TaKaRa公司; 总RNA提取试剂为Gibco的TRIzol试剂; 反转录PCR试剂盒购自Fermanas公司; Lipofectamine2000转染试剂盒购自GbicoBRL公司; G418购自Mediatech公司; 胰蛋白酶、 兔抗人αsynuclein mAb购自Sigma公司; HRP标记的羊抗兔IgG的二抗购自DAKO公司; ECL显色剂购自Amersham公司。

　　1.2 方法

　　1.2.1 PCR引物的合成 根据GenBank中相应cDNA基因序列, 自行设计引物, 委托上海英骏生物有限公司合成, 引物序列: P1: 5′GTGTGGTGTAAAGGAATTCATT3′; P2: 5′CGCGGATCCAGAAACTGGGAGCAAAGATA3′。

　　1.2.2 总RNA的提取及RTPCR扩增 在50 μL反应体系中加入10 ×buffer 5μL, 10 mmol/L, dNTP 1 μL, 引物1、 2 各1 μL, 5 U/μL Taq酶0.5 μL, 模板cDNA 2 μL, ddH2O 40 μL, 计反应体系50 μL。PCR反应条件为94℃ 5 min, 94℃ 30 s, 55℃ 30 s, 72℃ 45 s, 后3步反复进行30个循环。扩增产物用Uuiq10柱式DNA胶回收试剂盒提纯。

　　1.2.3 野生型SNCA基因的TA克隆 取胶回收产物7.5 μL加入1 μL T vector、 1 μL 10×ligation buffer、 0.5 μL T4 DNAligase, 混合为10 μL连接反应体系于4℃过夜。将10 μL连接液与200 μL感受态细菌混匀, 冰浴30 min后于42℃水浴90 s, 置冰浴2 min。加入600 μL不含氨苄青霉素的LB培养液, 37℃、 225 r/min摇床45 min, 将细菌涂布于氨苄青霉素平板上, 37℃倒置过夜。取单克隆菌落加入含氨苄青霉素的LB(100mg/L) 37℃、 225r/min摇床8h, 用Uuiq10柱式质粒小抽提试剂盒抽取质粒, 作PCR及双酶切鉴定, 阳性者送检测序。

　　1.2.4 同义突变SNCA及Ala30Pro、 Ala53Thr致病突变SNCA的构建在野生型SNCA基因编码区内部存在EcoRI、 BamHI两酶切位点, 以野生型SNCA基因的TA克隆质粒为模板, 利用单核苷酸差异引物定点诱变法针对两酶切位点进行同义突变, 在此基础上同法构建G88C(Ala30Pro)、 G209A(Ala53Thr)已知致病突变体, 并对SNCA同义突变及Ala30Pro、 Ala53Thr致病突变基因进行TA克隆。

　　1.2.5 含同义突变及致病突变Ala30Pro、 Ala53Thr的SNCA基因重组真核表达载体pEGFPC3SNCA的构建 分别以SNCA同义突变及Ala30Pro、 Ala53Thr致病突变基因的TA克隆质粒为模板, 以P1、 P2引物, 以高保真Taq酶PCR扩增3种不同SNCA基因片段, 扩增条件同前。分别取相应提纯的PCR产物及pEGFPC3质粒5μL, 加入BamHI0.5μL、 EcoR I0.5 μL、 10×buffer2 μL、 ddH2O12 μL, 构成20 μL反应体系37℃ 酶切5 h。将3种不同SNCA的PCR双酶切产物电泳胶回收后分别与pEGFPC3空载体双酶切胶回收产物混合进行连接, 转化细菌后用Uuiq10柱式质粒小量抽提试剂盒抽取质粒, 作PCR扩增、 酶切及测序鉴定。

　　1.2.6 人同义突变(野生型)及致病突变Ala30Pro、 Ala53Thr SNCA基因在PC12细胞中的稳定过表达 PC12细胞长至80%融合后, 进行转染实验[3]。取2 μg质粒溶于100 μL无血清RPMI1640液, 再取3 μL脂质体溶于100 μL无血清RPMI1640, 静置5 min后将2液体混匀, 室温静置30 min; 培养细胞用无血清RPMI1640洗1次, 加800 μL无血清RPMI1640, 滴入转染混合液, 摇匀; 置37℃ 50 mL/L CO2的培养箱内培养5～24 h, 换液为RPMI1640(100 mL/L FCS), 继续培养至总转染时间为48～72 h。pEGFPC3SNCA质粒转染PC12细胞48 h后, 加入含500 mg/L G418的选择性培养液, 2～3 d更换新的选择性培养液, 约5 d后见细胞死亡, 2周后见细胞克隆, 将具有G418抗性的细胞用200 mg/L G418维持培养基通过有限稀释法将细胞稀释至约1～30个/mL, 转移至96孔培养板中, 每孔加100 μL细胞悬液, 培养4～5 d后, 在显微镜下可见到小的细胞克隆, 期间更换选择性培养液, 第8～9天时, 肉眼可见细胞克隆。转移至24孔板继续用选择性培养液扩大培养。再用有限稀释法进行2次亚克隆。将单克隆细胞扩大培养备用, 并于荧光显微镜下观察摄片。

　　1.2.7 RTPCR检测转染PC12细胞中SNCA转录 收集筛选获得的阳性细胞, 用TRIzol抽提其总mRNA, 按TFermanas逆转录试剂盒将mRNA逆转录成cDNA, 取5 μL cDNA为模板, 用SNCA特异性引物扩增SNCA基因, 同时用转pEGFPC3的PC12细胞作阴性对照。

　　1.2.8 Western blot检测稳定转染的PC12pEGFPC3SNCA单克隆细胞αsynuclein的表达 将筛选获得的含同义突变及A30P、 A53T致病突变SNCA基因的PC12pEGFPC3SNCA细胞单克隆分别胰酶消化, 用含200 μg/L G418的培养基37℃ 50 mL/L CO2培养3 d后消化收集细胞, PBS洗涤后加入蛋白裂解液超声裂解, 4℃、 12000 r/min离心20 min, 取上清分装, 取适量稀释后进行蛋白定量, 部分存于-80℃待用。用上样缓冲液将各样品蛋白稀释至相同浓度, 100℃水浴5 min后进行SDSPAGE分离, 转NC膜, 脱脂奶粉4℃封闭1 h, 加入稀释的抗αsynuclein(1∶2500)抗体, 4℃过夜, 洗膜后加入HRP偶联的二抗作用1 h, ECL显色, X光片显影。BioRad Gel Doc XR凝胶成像仪读取, 并用Quantity One4.6软件处理。

　　2 结果

　　2.1 SNCA基因cDNA克隆及载体酶切鉴定结果 通过RTPCR方法成功克隆了SNCA基因的cDNA序列, 目的基因为481 bp(图1), 所提质粒pTZ57R SNCA经EcoR I和BamH I双酶切鉴定正确(图2), 含同义突变及致病突变Ala30Pro、 Ala53Thr的SNCA基因重组pEGFPC3SNCA载体的构建所提质粒经EcoR I和BamH I双酶切鉴定正确(图3)。

　　图1 RTPCR扩增SNCA基因(略)

　　Fig 1 SNCA gene by RTPCR

　　1: DNA marker(DL 2000); 2: Objective band was 481 bp.

　　图2 pTZ57RSNCA双酶切(略)

　　Fig 2 The double digestion of pTZ57RSNCA

　　1: DNA marker (DL 2000); 2: The digestive product by EcoR I and BamH I (objective band was 460 bp, vector was 2800 bp).

　　图3 pEGFPC3SNCA双酶切(略)

　　Fig 3 The double digestion of pEGFPC3SNCA

　　1: DNA marker (DL 15000); 2: The digestive product by EcoR I and BamH I (objective band was 460 bp, vector was 4700 bp); 3: pEGFPC3SNCA (5160 bp).

　　2.2 对TA克隆载体及pEGFPC3SNCA表达载体测序 M13+通用引物对TA克隆载体进行测序, 同时用目的基因两端序列设计引物对pEGFPC3SNCA表达载体测序, 结果与期望序列一致, 编码Ala30Pro的GCA突变为CCA, 编码Ala53Thr的GCA突变为ACA。

　　2.3 荧光显微镜观察SNCA基因在PC12细胞中的蛋白表达 稳定转染野生型、 A30P与A53T的重组质粒pEGFPC3SNCA的PC12细胞株, 在荧光显微镜下均可观察到绿色荧光, 表明野生型、 A30P与A53T的αsynuclein在PC12/pEGFPC3SNCA细胞中得到了表达, 转染空载体的PC12细胞也见到高丰度的绿色荧光, 而未转染的PC12细胞则未见到绿色荧光(图4)。

　　2.4 RTPCR检测稳定转染PC12细胞中SNCA基因mRNA的转录 转染野生型SNCA、 A30P SNCA与转染A53T的SNCA的PC12细胞中, 能扩增出481 bp的特异性片段, 以重组质粒为模板作PCR作为阳性对照, 而转染空载体pEGFPC3的PC12细胞未扩增出SNCA的目的基因条带(图5)。

　　2.5 Western blot检测稳定转染PC12细胞中SNCA基因的蛋白表达 Western blot结果显示, 转染野生型、 A30P与A53T的重组质粒pEGFPC3SNCA的PC12细胞中分别检测到Mr为40000的蛋白条带, 转染空载体的PC12细胞中未见αsynucleinGFP融合蛋白的条带, 而4株PC12细胞均可见GAPDH蛋白的表达(图6)。

　　图4 SNCA在PC12细胞中表达的荧光检测(略)

　　Fig 4 Detection of expression of SNCA in the PC12 cells under fluorescentmicroscope

　　A: PC12 cells/pEGFPC3WTSNCA; B: PC12 cells/pEGFPC3A30PSNCA; C: PC12 cells/pEGFPC3A53TSNCA; D: PC12 cells/pEGFPC3.

　　图5 RTPCR检测转染PC12细胞中SNCA基因mRNA的转录

　　Fig 5 RTPCR analysis of hSNCA mRNA in transfected PC12 cells

　　M: DNA marker(DL 2000); 1: PC12 cells/pEGFPC3; 2: PC12 cells/pEGFPC3WTSNCA; 3: PC12 cells/pEGFPC3A30PSNCA; 4: PC12 cells/pEGFPC3A53TSNCA; 5: PCR product from plasmid of WTSNCApEGFPC3.

　　图6 转染的PC12细胞中αsynucleinGFP融合蛋白的表达

　　Fig 6 Detection of expression of αsynucleinGFP in PC12 cells by Western blot

　　1: PC12 cells/pEGFPC3; 2: PC12 cells/pEGFPC3WTSNCA; 3: PC12 cells/pEGFPC3A30PSNCA; 4: PC12 cells/pEGFPC3A53TSNCA.

　　3 讨论

　　SNCA基因编码人类αsynuclein蛋白, αsynuclein的过表达、 错误修饰与折叠、 原纤维及纤维形成参与了多巴胺能神经元的损伤过程[4]。当前对αsynuclein的生理功能以及病理过程中的作用仍缺乏足够的认识, 为进一步探索人类αsynuclein及其2种致病突变Ala30Pro、 Ala53Thr体在多巴胺能细胞中的致病机制, 构建一个合理高效的细胞模型显得极为重要。PC12细胞株源于大鼠嗜铬细胞瘤[5], 由于PC12细胞可合成多巴胺(DA), 并有单胺氧化酶A, 在其细胞膜上有DA受体及多巴胺转运体(DAT), 具备了与中枢多巴胺能神经原相似的多巴胺合成、 代谢和运输系统, 所以PC12细胞常用作研究中枢多巴胺能神经元的离体细胞模型。为了进一步研究该基因的作用机制, 我们用构建的野生型及致病突变A30P与A53T的SNCA基因的重组真核表达载体pEGFPC3SNCA转染PC12细胞, 建立稳定表达该基因蛋白及变异蛋白的哺乳动物多巴胺能细胞模型。pEGFPC3是一真核表达载体, 在增强绿色荧光蛋白(EGFP)编码区的C端加多克隆位点, 使插入的基因所表达的蛋白与绿色荧光蛋白融合表达, 在荧光显微镜下可通过观察绿色荧光蛋白的表达而确定目的基因是否表达及蛋白定位等情况。本研究中选用阳离子脂质体介导[6]重组真核表达载体pEGFPC3SNCA转染PC12细胞, 此转染方法方便简单, 具有转染效率高、 无免疫原性、 整合和扩散性小、 容量大等优点, 可使目的基因在靶细胞中高效表达。通过此方法, 成功地将野生型及A30P与A53T致病突变SNCA基因导入了PC12细胞中, 并通过G418筛选, 获得了能稳定表达该野生型及A30P与A53T致病突变SNCA基因的转染克隆。RTPCR、 Western blot均鉴定有SNCA基因的mRNA表达与蛋白表达, 并以荧光显微镜观测到绿色荧光蛋白而看到αsynuclein在PC12细胞中的广泛分布与表达。从而为探讨该基因在多巴胺能细胞中的作用机制作了前期准备。

　　【参考文献】

　　[1] Polymeropoulos MH, Lavedan C, Leroy E, et al. Mutation in the alphasynuclein gene identified in families with Parkinson’s disease[J]. Science, 1997, 276(5321): 2045-2047.

　　[2] Kruger R, Kuhn W, Muller T, et al. Ala30Pro mutation in the gene encoding alphasynuclein in Parkinson’s disease[J]. Nat Genet, 1998, 18(2): 106-108.

　　[3] 穆 红, 王玉亮, 刘 蓉. 野生型p53基因在人肝癌细胞的表达及诱导凋亡[J]. 细胞与分子免疫学杂志, 2006, 22(6): 758-759.

　　[4] Fujiwara H, Hasegawa M, Dohmae N, et al. αSynuclein is phosphorylated in synucleinopathy lesions[J]. Nat Cell Biol, 2002, 4(2): 160-164.

　　[5] Fornai F, Lenzi P, Lazzeri G, et al. Fine ultrastructure and biochemistry of PC12 cells: a comparative approach to understand neurotoxicity[J]. Brain Res, 2007, 1129(1): 174-190.

　　[6] 杨吉成. 医用细胞工程[M]. 上海. 上海交通大学出版社, 2001: 212-214.