1036 重庆医学2010年5月第39卷第9期 ・论 著・ pGEX一4T一2一TK原核表达质粒的构建及其表达 钟俐强,杨斯皓,贾钰铭,吴敬波△ (四川省宜宾市第二人民医院肿瘤科644000) 摘 要:目的 构建含胸苷激酶基因(TK自杀基因)的pGEX一4 2一TK原核表达质粒,观察其在大肠杆菌中表达情况,为肿 瘤基因治疗奠定基础。方法 聚合酶链式反应(PCR)扩增TK基因片段,利用性内切酶BamH I和Sal I将其连接至原核表 达栽体pGEX-4T一2内,再将连接产物转化入大肠杆菌,挑取单茵落,提取质粒,经PCR和双酶切鉴定后测序。将转化正确的大肠 杆菌培养过夜,异丙基一17 I>&代半乳糖苷(IPTG)诱导后观察蛋白表达情况。结果 TK基因片段成功连接至载体pGEX-4T一2 中,在大肠杆菌BL21中可得到稳定表达的目的蛋白。结论pGEX一4rr_2一TK原核表达质粒构建成功,为后续肿瘤基因治疗研究 奠定了基础。 关键词:自杀基因;质粒构建;聚合酶链式反应 中图分类号:R730.54;R446.61 文献标识码:A 文章编号:1 671-8348(2O10)09—1036—03 Construction and expression of pGEX-4T-2-TK plasmid in procaryote ZHONG Li—qiang,YANG Si—hao,JIA Yu—ming,et a1. (Department of Oncology,Yibin Second People ̄Hospital,Yinbin 644000,China) Abstract:Objective To construct the plasmid of pGEX 4 T 2一TK containing the TK suicide gene,and then to observe its ex— pression in E.coli.Methods The TK suicide gene fragments were amplified from the plasmid of pORF HSVtk by PCR.The PCR product was digested by the restriction endonucleases BamH I and Sal I.Then we used the same method to deal with the vector of pGEX一4T一2.The recombinant plasmid was transfected into E.coli.The recombinant plasmid was extracted and identified by PCR and enzyme-digestive method,and the sequence was measuerd.The E.coil with correct plasmid was cultured with IPTG over night to induce the protein's express.Results The TK suicide gene fragments were correctly ligated with the vector of pGEX一4T一2.The purpose protein could be expressed stably.Conclusion The plasmid of pGEX一4T-2一TK was constructed successfully.It will provide the basis for future study on treating carcinoma by transfect the recombinant plasmid into bifidobacterium. Key words:suicide gene;plasmid construction;polymerase chain reaction 目前放疗与化疗为恶性肿瘤的主要治疗手段,但肿瘤中乏 上游引物:5 一CGCGGATCC ATGGCCTCGTACCCCG— 氧细胞的存在是导致放、化疗失败的重要原因。基因治疗的出 GCCATCAACAC 3 BamH I;下游引物:5._ACGCGTCGAC 现给恶性肿瘤的治疗提供了新的思路 ]。TK基因是近年来 TCAGTTAGCCTCCCCCATCTCCCGG(、r3 Sal I。 研究最多的自杀基因,全称为人类单纯疱疹病毒胸苷激酶基因 1.2方法 (HSV—tk),可与更昔洛韦(ganciclovir,GCV)一起组成HSV- 1.2.1 pORF-HSVtk、pGEX-4T一2质粒的抽提 大肠杆菌 tk/GcV自杀基因系统l2j。为此,本实验将TK基因插入到原 DH5a 1OO“I 加入50 mI I B液体培养基,250 r/min 37℃摇 核表达载体pGEX一4T一2内,并观察其在大肠杆菌BI 21中的 菌过夜。用OMEGA公司质粒小提试剂盒提取质粒(按说明 蛋白表达情况,为进一步研究将构建好的重组质粒转染厌氧菌 书进行操作)。 (如双歧杆菌)后能否解决肿瘤乏氧区放、化疗抗拒,以为提高 1.2.2 目的基因片段的扩增及回收 以pORF-HSVtk质粒 治疗效果打下基础。 DNA为模板,PCR扩增TK基因片段。50 I 反应体系中含 1材料与方法 10×PCR buffer(Mg plus)5“L、质粒DNA模板1.0 FL、 1.1材料 dNTP(2.5 raM)4 I 上下游引物各1 I TaqDNA聚合酶(2 1.1.1 质粒与载体 质粒pORF-HSVtk购自Invivogen公 u/FL)1 ML。反应参数:94℃预变性5 min后,94℃变性6O 司,表达型质粒载体pGEX-4T-2由四川大学华西医学部公共 s,55。C退火90 s,72℃延伸75 s,35个循环后,72℃最终延伸 卫生院汪JIl老师惠赠,大肠杆菌BI 21由四川泸州医学院附院 2O rain。将PCR产物进行1 琼脂糖凝胶电泳,紫外线灯下切 分子生物学中心实验室提供。 割含有目的条带的凝胶块,利用凝胶回收试剂盒进行目的片段 1.1.2主要试剂 质粒小提试剂盒、胶回收试剂盒购自O— 回收。 MEGA公司;聚合酶链反应(PCR)扩增试剂盒、BamH I、Sal I 1.2.3 目的基因片段与载体连接及鉴定BamH I、Sal I 性内切酶、T4 dNA连接酶购自TaKaRa公司;LB培养基 性内切酶双酶切目的基因片段和pGEX一4T一2载体,后在T4 购自青岛海博公司;SDS-PAGE电泳全套试剂盒购自天根生 dNA连接酶作用下,16℃连接过夜,构建pGEX一4T一2 TK重 化公司,引物按照分子克隆实验指南引物设计原则,并且加人 组质粒。取连接产物转化至Nishimmra法口 制备的大肠杆菌 特定的酶切位点,由赛百盛生物公司合成。 BL21感受态细胞中,涂布于含有氨苄青霉素(100/,g/mI )的 * 基金项目:四川省卫生厅科研课题(0331)。 通讯作者,E—mail:wjb6147@l63.corn。 重庆医学2010年5月第39卷第9期 I B平板上过夜培养。选取平板上生长状态良好的单个阳性菌 1O37 2.2 重组质粒的酶切鉴定 重组质粒pGEX一4T一2一TK分别 用BamH I、Sal 1酶切,切出片段约为1 100 bp,4 900 bp,与预 计大小一致,见图2。 落适量扩增后提取质粒DNA,行BamH I、Sal I性内切酶 双酶切后,1 琼脂糖凝胶电泳观察酶切结果。 1.2.4重组质粒测序将鉴定正确的菌落接种至含有氨苄青 2.3重组质粒pGEX-4T 2一TK测序鉴定DNA测序结果与 霉素(100 g/mI )的I B液体培养基中扩增.取适量菌液送测 序。测序工作由英骏公司完成。 1.2.5 目的蛋白在大肠杆菌中的表达 (1)将携带有重组质 GENBANK提供的TK基因序列完全一致,同源性达100 , 从第25个碱基开始为TK基因序列,第19~24碱基为引物的 5 端添加的性酶切位点BamH I,第16~l8碱基为引物 的5 端添加的3个保护碱基;第15碱基之前为载体pGEX-4T一 2上的序列。证明TK基因己成功克隆到克隆载体pGEX一4T一 2内,见图3。 粒pGEX一4T一2一TK的大肠杆菌接种至5 mI 含有氨苄青霉素 (100 gg/m1 )的I B培养基中37。C过夜培养;(2)将过夜菌按 1:5o比例分别接种到5 mI 含相应抗生素的新鲜I B管中, 37℃剧烈摇动培养1.5~3 h,至菌液的OD600 nm值达到 0.6~O.8;(3)加IPTG诱导前从各管菌液中分别取出1 mL, 保存在4℃冰箱中,作为未诱导对照;(4)在各管菌液中加入 IPTG,使其终浓度为1 mM,25℃150 r/min诱导过夜;(5)分 别用1.5 mI 离心管收集诱导前后样品各1 ml ,12 000 r/rain 离心1 rain,弃去上清液,收集菌体l(6)在菌体沉淀中加入1× SDS上样缓冲液(可根据菌体沉淀量相应调整上样缓冲液量), 重悬混匀,于1 0(]】C水浴煮沸6 rain,SDS-PAGE上样前12 000 r/min离心2 min;(7)取10~2O“I 上清液上样,进行12 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳;(8)0.1 考马斯亮蓝(3-250染液 染胶,脱色至蛋白条带清晰可见时,分析蛋白质表达结果。 2结 果 2.1 PCR扩增目的片段结果将PCR产物进行1 的含EB 的琼脂糖凝胶电泳,紫外线灯下可见荧光条带,TK基因片段 约为1 100 bp,扩增的片段大小与预计一致,见图1。 l 2 3 4 2∞0 L∞0 750 500 250 lO0 1~3为PCR扩增的TK基因;4为DI 2000 Marker。 图1 TK基因的PCR扩增电泳图谱 1 2 3 4 6O∞一 40∞一 3 O∞2∞O—一— l 5∞一 1 000—— 7j0一 ∞a一 2 0一 l00— 1为Wide Range DNA Marker(100~6 000);2~4为连接正确的 重组质粒。 图2 pGEX一4T一2一TK重组质粒的双酶切 ^ l 图3 pGEX-4T一2一TK重组质粒测序鉴定部分序列结果 2.4重组质粒pGEX-4T-2一TK在大肠杆菌中的表达 阳性 转化菌经IPTG诱导培养后,行SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳,较 未添加IPTG组可见目的蛋白条带产生,说明作者构建的原核 表达质粒成功,可以表达目的蛋白,达到实验要求,见图4。 l 垒 3 4 鹱 940 kd 66 2 kd 目的蛋白 35 0 kd 26 0 kd ∞0 kd 1、3为经IPTG诱导后的蛋白表达;2、4为阴性对照。 图4 pGEX-4T一2一TK蛋白在BI 21中的表达 3讨 论 理想的肿瘤基因治疗载体应具备的最重要特性就是对宿 主无毒性以及对肿瘤的高度靶向性 ]。现阶段肿瘤基因治疗 载体系统主要包括病毒载体系统[5 和非病毒载体系统,病毒载 体系统包括逆转录病毒载体、腺病毒载体、腺相关病毒载体及 单纯疱疹病毒载体,其中腺病毒载体为目前应用最广泛的病毒 载体L 。其优点是高效转染和高效表达,缺点是腺病毒在感 染增殖较快的肿瘤细胞同时,也会感染机体增殖快的正常细 胞,如上皮细胞,导致一些急性毒性反应,同时由于其自身的免 疫原性,多数人群接触过病毒后体内会产生病毒特异性抗体, 再次应用同一种病毒载体会被首次应用产生的大量免疫中和 抗体所中和;而且给药途径也存在着诸多问题,通过静脉输入 病毒载体是否安全,尚未得到确认,目前临床试验只能靠局部 瘤内注射给药。因此病毒载体的毒性反应、免疫反应及给药途 径了病毒载体在l临床上的应用_8]。非病毒载体系统包括: 裸DNA、脂质体、多聚物及分子耦联体,临床试验中最常用的 是真核细胞表达质粒 j。非病毒载体的优点是安全、制备简单 和携带外源基因较大;缺点是靶向性差,基因导人体内后转染 效率低、表达水平不够理想。 研究表明绝大多数实体瘤因肿瘤实质细胞增生迅速,而血 管形成相当缓慢,造成实体瘤内部大面积缺氧l】 。双歧杆菌 1O38 重庆医学2010年5月第39卷第9期 一_]一 ] 属厌氧菌属,能靶向聚集至肿瘤乏氧区域 。在安全性方面, experimental malignant ascites[J].Int J Oncot,2004,25 双歧杆菌对人体来说是肠道益生菌,不会产生不良反应。 (3):713. Sasaki等_ 】将转染前药转换酶基因的长双歧杆菌通过尾静脉 [5]Mancheno—Corvo P,Martin Duque P.Viral gene therapy 注射到豚鼠体内,未见任何过敏反应出现,也未检测到由双歧 [J].Clin Transl Oneol,2006,8(12):858. 杆菌介导产生的特殊抗体。因此本实验用双歧杆菌作为基因 [6]Liu XY.Targeting gene_virotherapy of cancer and its 治疗运载体将TK自杀基因靶向运至肿瘤组织,文献报道双歧 prosperity ̄J].Cell Res,2006,16(11):879. 杆菌自身具有抗肿瘤作用[13t4],康保国等 研究表明TK基 [7]王稀琴,洪苏玲.重组腺病毒相关病毒载体基因治疗研究 因可经放射诱导表达,可以与放疗产生协同作用,进一步提示 进展【J].重庆医学,2006,35(2):179. 其是一个很有前途的肿瘤基因治疗运输载体。但双歧杆菌是 [8]Haekett NR,Kaminsky SM,Sondhi D,et a1.Antivector 原核生物,因此必须要原核表达质粒才能在双歧杆菌体内表 and antitransgene host responses in gene therapy[J].Curr 达。基于此,本实验选用了pGEX一4T一2原核表达质粒,因为该 0pin Mol Ther,2000,2:376. 质粒带有非常强的tac启动子,融合蛋白表达系统可以克服转 [9]Wechuck JB,Ozuer A.Effect of temperature,medium 录与转录后水平对外源基因表达可能带来的不利影响,便于融 composition,and cell passage on production of herpes— 合基因翻译起始,是一种高效的蛋白表达载体,且便于目的蛋 based viral vectors EJ].Biotech and Bioengin,2002,79 白的进一步分离纯化。目前TK基因主要与腺病毒基因重组 (1):112. 后,再结合前药更昔洛韦观察体外对肿瘤细胞的杀伤作用,尚 [1O]Nuyts S,Van Mellaert L,Theys J,et a1.Clostridium 无TK基因与pGEX系列载体重组的报道。安丽娜等 。 研究 spores for tumor-specific drug delivery[J].Anticancer 表明,将胞嘧啶脱胺酶(CD)自杀基因与pGEX载体重组后再 Drugs,2002,13(2):115. 转入双歧杆菌,自杀基因能很好表达,对黑色素瘤细胞有较强 [u]I i X,Fu GF,Fan YR,et a1.Bifidobacterium adolescentis 的杀伤力。因此将构建好的pGEX一4T-2 TK原核表达质粒转 38 a delivery system of endostatin for cancer gene thera— 入双歧杆菌后,可望克服病毒载体不能静脉给药的局限,实现 PY:selective inhibitor of angiogenesis and hypoxic tumor 载体安全性与靶向性的统一。 growth ̄J].Cancer Gene Ther,2003,10(2):105. 本实验构建的pGEX 4T一2一TK原核表达载体,经过双酶 [12]Sasaki T,Fujimori M,Hamaji Y,et a1.Genetically engi— 切、PCR扩增、测序等鉴定表明重组质粒构建成功,并在大肠 neered Bifidobacterium longum for tumor-targeting en— 杆菌BI 21内能稳定表达,为进一步研究转入双歧杆菌后能否 zyme prodrug therapy of autochthonous mammary tumors 靶向杀伤恶性肿瘤细胞打下了基础。 in ratsEJ].Cancer Sci,2006,97(7):649. (志谢:感谢泸州医学院附属医院肿瘤科放射生物与生物 [1 3]Abd el—Gawad IA,el—Sayed EM,Hafez SA,et a1.Inhibito 治疗实验室杨玲麟博士及汪碧琼老师对本研究提供的技术性 ry effect of yoghurt and soya yoghurt containing 帮助 ) bifidobacleria on the proliferation of Ehrlich ascites 参考文献 tumour cells in vitro and in vivo in a mouse tumour model [J].Br J Nutr,2004,92(1):8l_ Weber W,Fussenegger M.Pharmacologic transgene con [14]Wang Y,Mai T,Liu MF,et a1.Effect of lipoteichoic acid trol systems for gene therapy[J].J Gene Med,2006,8 of Bifidobacterium on survivin and its regulatory genes (5):533. [J].Zhonghua Zhong Liu Za Zhi,2007,29(5):325. Wang J,Lu XX,Chen DZ,et a1.Herpes simplex virus [15]康保国,王卫东,陈正堂,等.放射诱导HSV一 FK基因在 thymidine kinase and ganciclovir suicide gene therapy for 肺癌细胞中靶向、高效性表达的研究[J].重庆医学, human pancreatic cancer[J].World J Gastroenterol, 2007,36(6):505. Z004,10(3):400. [16]安丽娜,李著华,岳扬,等.婴儿双歧杆菌介导的CD和 卢圣栋.现代分子生物学实验技术EM].2版.北京:中国 UPRT联合5 FC基因疗法对黑色素瘤的体外治疗实验 协和医科大学出版社,2001:292. 研究F-J].四JII大学学报:医学版,2007,38(1):27. Inoue M,Mukai M,Hamanaka Y,et a1.Targeting hy poxic cancer cells with a protein prodrug is effective in (收稿日期:2009—08—30修回日期:2009 09 28) (上按第1035页) Res,1994,25(3-4):234. et a1.Pattern and time course of immediate early gene ex— [15]黄欢捷,邵蓓,郑荣远,等.帕罗西汀对心理应激大鼠下丘 pression in rat brain following acute stress[J].Neuro— 脑室旁核c los表达的影响[J].中国临床药理学与治疗 selene,1995,64(2):477. 学,2005,10(3):286. [14]Honkaniemi J,Kononen J,Kainu T,et a1.Induction of multiple immediate early genes in rat hypothalamic para— (收稿日期:2009—09 15修回日期:2009—1o-20) ventricular nucleus after stress[J].Brain Res Mol Brain