中国动物传染病学报2013,21(6):33—38 Chinese Journal ofAnimal Infectious Diseases ・研究论文・ 柔嫩艾美耳球虫钙依赖蛋白激酶3在293T细胞中 的表达研究 王晔,韩红玉,董辉,姜连连,赵其平,朱顺海,薛璞,舒凡帆,黄兵 (中国农业科学院上海兽医研究所农业部动物寄生虫学重点实验室,上海200241) 摘要:为构建柔嫩艾美耳球虫钙依赖蛋白激酶3(Eimeria tenella calcium.dependent protein kinases 3,EtCDPK3)基因的重组质 粒pCAGGS-EtCDPK3,并转染293T细胞进行表达,以柔嫩艾美耳球虫孢子化卵囊cDNA为模板,经PCR扩增其含完整开放 阅读框的序列,将其克隆至pGEM.T easy载体,构建pGEM—Teasy-EtCDPK3重组质粒,双酶切回收目的片段后与相应酶切的 真核表达载体pCAGGS连接,构建真核重组表达质粒pCAGGS-EtCDPK3。该重组质粒经酶切和测序鉴定正确后转染293T细 胞进行表达,分别用免疫印迹和间接免疫荧光鉴定EtCDPK3基因的表达情况。结果显示所构建的真核重组表达质粒pCAGGS— EtCDPK3经过双酶切鉴定,可见1条大小约为1302 bp的目的条带,测序结果与实验室已获得的EtCDPK3序列完全一致; Western blot结果可见大小约为49 kDa的目的蛋白条带,间接免疫荧光实验可以检测到红色荧光。这些研究结果表明已成功构 建了EtCDPK3的真核重组表达质粒pCAGGS-EtCDPK3,并在真核细胞中获得表达,为深入研究EtCDPK3的功能和制备DNA 疫苗奠定了基础。 关键词:柔嫩艾美耳球虫;钙依赖蛋白激酶3基因;293T细胞;真核表达 中图分类号:¥852.723 文献标识码:A 文章编号:1674—6422(2013)06—0033—06 CoNSTRUCTIoN oF RECoMBINANT PLASMIDS oF E f4 NELLA CALCIUM.DEPENDENT PRoTEIN KINASES 3 GENE AND ITS EXPRESSION IN 293T CELLS WANG Ye,HAN Hong-yu,DONG Hui,JIANG Lian-lian,ZHAO Qi-ping,ZHU Shun—hai,XUE Pu, SHU Fan—fan,HUANG Bing (KeyLaboratory ofAnimalParasitology,MinistryofAgriculture,Shanghai VeterinaryResearch Institute,CAAS,Shanghai200241,China) Abstraet:The objective of the present study was to construct a recombinant vector of Eimeria tenella calcium—dependent protein kinases 3(EtCDPK3)gene and study expression of EtCDPK3 gene in transfected 293T cells.The full・length cDNA of EtCDPK3 gene was amplified in PCR from cDNA of E tenella sporulated oocysts and cloned into pGEM.Teasy vector to construct a recombinant plasmid pGEM-Teasy-EtCDPK3.The pGEM—Teasy-EtCDPK3 and pCAGGS vector were digested with the same restriction enzymes and recombinant plasmid pCAGGS-EtCDPK3 was subsequently constructed,which was then transfected into 293T cells.The results suggested that the target strip of app.1 302 bp was visualized after digestion of pCAGGS-EtCDPK3 with restriction enzymes.The DNA sequencing confirmed that CDPK3 gene sequence was exactly the same as that reported previously.The expression ofEtCDPK3 protein 收稿日期: 2913—09—10 基金项目: 级公益性科研院所基本科研业务费项目(2012JB 14) 作者简介: 王哗,男,硕士研究生,预防兽医学专业 通信作者: 黄兵,E—mail:huangbing232@163.com 中国动物传染病学报 2013年l2月 was veriifed in indirect immunofluorescence assay and Western blotting.The molecular weight of expressed EtCDPK3 protein was app.49 kDa.Furthermore,red fluorescence was observed in indirect immunofluorescence assay.The construction of eukaryotic recombinant plasniid pCAGGS-EtCDPK3 and successful expression ofEtCDPK3 in 293T cells have established the foundation for future research O11 its biological functions and development of DNA vaccine. Key words:Eimeria tenella;calcium—dependent protein kinases 3:293T cell;erkaryotic expression 钙依赖的蛋白激酶(calcium—dependent protein 限公司;rTaq DNA聚合酶、性内切酶Sac I kinase,CDPKs),又称类似钙调素结构域的蛋白 激酶(calmodulin—like domain protein kinase),存 和Sma I、T4 DNA连接酶购自大连宝生物工程有 限公司;pGEM—T easy vector购自Promega公司; 在于植物、绿藻、纤毛虫及顶复器原虫中,且在植 物体内分布广泛,但是在细菌、真菌、线虫和脊椎 动物中尚未发现。Ca2 在动植物细胞的信号传导途 径中具有重要作用,Ca2 作为第二信使,通过 CDPKs的活动来发挥功能,是其传递信号的主要途 径之一。CDPKs在没有钙调蛋白和磷脂时可被Ca2 活化,参与Ca2 和磷酸化依赖信号途径的信号传导, 并在基因表达、代谢、离子转运、信号途径构成和 细胞骨架形成中起调节作用…。有研究表明顶复器 原虫的CDPKs对虫体在宿主体内完成整个生活史起 着至关重要的作用瞄】。 真核表达载体pCAGGS被广泛应用于DNA疫 苗的研制及RNA病毒反向遗传操作等领域。本文 使用的表达载体为pCAGGS真核表达载体,具有 较高表达效率,目前世界范围内许多研究者都利 用它来进行相关研究 。该研究在本实验室前期研 究基础上 ,将柔嫩艾美耳球虫钙依赖蛋白激酶3 (Eimeria tenella calcium—dependent protein kinase 3,EtCDPK3)基因克隆到改造后的真核表达质粒 pCAGGS中,并转染293T细胞进行蛋白表达,为进 一步研究EtCDPK3的生物学功能和研制球虫DNA 疫苗奠定了基础。 1材料与方法 1.1材料柔嫩艾美耳球虫孢子化卵囊cDNA、兔源 性抗rEtCDPK3多抗,由本课题组制备保存;真核 表达载体pCAGGS和真核细胞293T由中国农业 科学院上海兽医研究所猪病研究室童光志老师馈 赠;大肠杆菌TOP10、DL2000(DNA Maker)购 自天根生化科技(北京)有限公司;DNA胶回收 试剂盒、质粒提取试剂盒购自上海捷瑞生物工程有 Lipofectamine 2000购自Invitrogen公司;胎牛血清、 DMEM、opti—MEM购自Gibco公司;Western及 IP细胞裂解液购自上海碧云天生物技术有限公司; 红色荧光标记山羊抗兔二抗购自Jackson Immuno Research公司;近红外荧光羊抗兔IgG购自LI—COR 公司。 1.2引物设计与合成以柔嫩艾美耳球虫孢子化卵囊 cDNA为模板,根据实验室利用RACE扩增获得的 全长EtCDPK3基因序列设计引物,扩增该基因完 整的ORF序列,长度约1302 bp。引物由上海赛百 盛生物技术有限公司合成。上游引物序列:5'-GC GAGCTCATGCAGCGAGCAGTCAAG一3’,下游引 物序列:5'-GACCCGGGTCA TT一3’。上游引物引入Sac I酶切位点,下游引物引 入Sma I酶切位点。PCR反应总体积20 L,其 中模板2 L、上下游引物各0.5 L、rTaq DNA聚 合酶l L、dNTPs 2 L、10×PCR Buffer 2 L, 灭菌ddH O补至20 L。反应条件:94oC预变性2 min;94℃变陛30 S,50℃退火40 S,72oC延伸90 S, 30个循环;最后72℃延伸10 min。用1%琼脂糖凝 胶电泳检测PCR产物,切胶回收目的片段。将纯化 的目的片段经连接酶与pGEM—T easy载体连接,连 接产物转化至大肠杆菌感受态细胞TOP1 0中,培养 过夜后挑取白色单菌落培养,PCR鉴定后提取质粒, 进行双酶切鉴定并测序。 1.3构建pCAGGS-EtCDPK3真核表达质粒利用限 制性内切酶Sac I和Sma 1分别对鉴定正确的重组 质粒pGEM—Teasy-EtCDPK3和pCAGGS空载体进 行双酶切,酶切产物经1%琼脂糖凝胶电泳,用胶 回收纯化试剂盒分别回收目的片段,16℃连接过夜 第2l卷第6期 王哗等:柔嫩艾美耳球虫钙依赖蛋白激酶3在293T细胞中的表达研究 后转入大肠杆菌感受态细胞TOP10中,涂板培养过 夜,挑取单菌落于4 mL LB培养基中培养12 h后, 进行PCR鉴定,对鉴定为阳性的菌液提取质粒进行 双酶切鉴定,将鉴定后的重组质粒命名为pCAGGS— EtCDPK3。 稀释的红色荧光标记的山羊抗兔二抗,37℃作用 l h;再用PBST洗涤6次,加入PBST l mL。荧光 显微镜下观察,并拍照保存。 1.6 Western blot鉴定pCAGGS.EtCDPK3的表达 情况收集步骤1.4中培养48 h的293T细胞,加入 Western及IP细胞裂解液100 L,4℃、13 000 xg 离心3 min,取上清进行SDS—PAGE电泳。半干法 1.4 293T细胞的复苏培养用含5%胎牛血清的 DMEM培养293T细胞。转染前,收集293T细胞 进行细胞计数,以每孔5×10 个细胞接种6孔板2 块,37℃,5%CO2培养过夜,按照LipofectamineM T2000脂质体转染操作步骤分别将pCAGGS空载体和 重组质粒pCAGGS-EtCDPK3转染293T细胞,置于 37oC、电转移至PVDF膜上,5%脱脂奶粉封闭过夜;PBS 洗涤3次,加入1:100稀释的兔抗rEtCDPK3蛋白多 抗血清,37℃孵育2 h;PBS洗膜3次,加入1:10 000 稀释的近红外荧光羊抗兔IgG,37oC孵育2 h,PBST 5%CO。培养4 h,更换含有2%胎牛血清的 洗膜1次,PBS洗膜3次,用Odyssey双色红外激 光成像系统进行拍照。 opti—MEM培养基。培养48 h后,取其中l块6孔 板进行间接免疫荧光,收集另一块6孔板的293T细 胞用于Western blot检测。 1.5间接免疫荧光(indirect immunofluorescence assay,IFA)鉴定pCAGGS-EtCDPK3的表达情况 2结果 2.1 EtCDPK3基因的克隆以柔嫩艾美耳球虫孢子化 卵囊cDNA为模板,PCR扩增出1条大约1302 bp 在培养48 h后,取步骤1.4中转染后的293T细胞, 用2%多聚甲醛l mL固定15 min;PBST洗涤3次, 加入l%Triton X一100 l mL,室温下作用15 min; 用PBST洗3次,加入2%BSA/PBS 2 mL,4 ̄C封闭 的目的条带;将其与pGEM—T easy载体连接,转化 大肠杆菌感受态细胞TOP10后,菌液经PCR鉴定 出现与预期大小一致的片段(图1A)、质粒经双酶 切鉴定,可见2条带,其大小也与预期目的条带一 致(图1B)。测序结果与预期序列完全一致,表明 EtCDPK3基因正确插入pGEM—T easy载体。 过夜;PBST洗涤3次,加入兔抗rEtCDPK3蛋白的 多抗,37℃作用l h;PBST洗涤3次,加入1:500 2000 1000 750 500 250 100 2000 1000 750 500 250 l00 A B 图1 pGEM-Teasy-EtCDPK3的PCR及其双酶切鉴定结果 Fig.1 Results of PCR detection and restriction enzyme analysis of positive pGEM-Teasy-EtCDPK3 M:DNA分子量标准(DL2000);1:阴性对照;2:EtCDPK3基因PCR鉴定结果;3:pGEM—Teasy-EtCDPK3双酶切结果 M:DNA Marker fDL2000);1:Neg ̄ive control;2:PCR result ofEtCDPK3 gene;3:Restriction enzyme digestion ofpositive PGEM- Teasy-EtCDPK3 第2l卷第6期 王哗等:柔嫩艾美耳球虫钙依赖蛋白激酶3在293T细胞中的表达研究 2.4 Western blot分析pCAGGS-EtCDPK3在293T 粒的293T细胞中,未检测到相应的目的条带(图4)。 表明pCAGGS-EtCDPK3重组质粒在293T细胞中表 达。 细胞中的表达Westen rblot结果显示,在转染重组 质粒pCAGGS-EtCDPK3的293T细胞中,可以检测 到大小为49 kDa的蛋白质条带;而在转染空载体质 170 130 95 55 43 49 34 26 l7 图4 EtCDPK3重组蛋白Western blot分析结果 Fig.4 Western blot analysis of recombinant protein EtCDPK3 M:预染的蛋白质标准分子量;1:转染pCAGGS载体的293T细胞:2:转染pCAGGS-EtCDPK3的293T细胞 M:Prestained protein Marker;1:The 293T cells transfected with pCAGGS vector;2:The 293T cells transfected with pCAGGS-EtCDPK3 3讨论 最近一些研究表明在恶性疟原虫(Plasmodium falciparum)和刚地弓形虫(Toxoplasma gondii) 嫩艾美耳球虫、巨型艾美耳球虫(巨maxima)中获 得了CDPK1,研究发现CDPK1在球虫入侵宿主细 胞时起着关键作用。国内也有CDPK基因的相关研 究,周建民等Ⅱ剐用EtCDPK重组蛋白免疫鸡获得了 一中,CDPKs参与虫体入侵与逃逸宿主细胞的过程。 Lourido等 证实TgCDPK1是钙离子信号传导途径 下游的重要传感器,控制着微线体的胞外分泌,敲 除TgCDPK1后可阻断微线体的分泌,从而破坏虫 体的滑行运动、入侵及逃逸。另外,研究发现恶性 疟原虫的pFCDPK1参与红内期感染阶段虫体的入 侵及逃逸瞄 】。伯氏疟原虫(Plasmodium berghei) PbCDPK3基因缺失可使动合子感染蚊子中肠的能力 减弱,表明PbCDPK3着动合子的滑行运动和 定的免疫保护作用,说明CDPK可作为鸡球虫基 因工程疫苗的候选基因。孔春林等n 在毕赤酵母细 胞中表达了具有活性的天然EtCDPK3蛋白,以期对 其功能作进一步研究。Han等n剐对柔嫩艾美耳球虫 EtCDPK3基因进一步研究发现用抗rEtCDPK3蛋白 特异性抗体与子孢子作用后,子孢子入侵细胞的能 力降低,表明EtCDPK3与球虫入侵宿主细胞相关。 由于CDPKs只存在植物、绿藻、纤毛虫及顶复 器原虫,研究发现CDPKs在顶复器原虫的细胞周期 侵入中肠上皮细胞的能力[6-8]o疟原虫CDPK4与配 子形成有关 ,Pt ̄DPK5是虫体逸出红细胞所必不 可少的[101 o PbCDPK6可与一些信号分子协同作用, 和生活史的进程中具有料想不到的功能,而且 在宿主脊椎动物体内没有发现CDPKs,因此顶复器 使子孢子在肝脏感染早期入侵肝细胞 ”。鸡球虫 和弓形虫,疟原虫同属于顶复器原虫,都需要入侵 原虫(包括鸡球虫)的CDPKs分子将来很可能作为 新治疗药物的靶标和研制新型疫苗的靶分子[16]o本 宿主细胞,在宿主细胞内生长繁殖,因此鸡球虫的 CDPKs也可能有一些相似的功能。Dunn等 从柔 文采用真核表达载体进行表达,与原核表达系统相 比,所表达的蛋白更接近于天然蛋白,有利于将来 ・ 38 ・ 中国动物传染病学报 2013年l2月 对该蛋白的功能进行研究。pCAGGS载体为含有鸡 B—actin启动子和CMV增强子的高效真核表达载体, 在基因表达方面具有优势。姜永萍等 同时构建了 含有禽流感病毒HA基因的真核表达载体pCAGGS— HA5和pCI—HA5,然后分别转染293T细胞进行短 暂表达,采用间接免疫荧光的方法检测HA蛋白的 表达,结果pCAGGS—HA5特异免疫荧光信号强度 显著高于pCI—HA5。 本文通过对EtCDPK3基因完整开放阅读框序列 进行克隆,通过PCR技术在基因序列上游和下游分 别引入Sac I和Sma I酶切位点,成功构建了重组 真核表达质粒pCAGGS-EtCDPK3,并转染到293T 细胞中,通过免疫印迹和间接免疫荧光的方法证实 EtCDPK3基因在真核细胞中成功表达,为进一步研 究该蛋白的生物学功能和研制球虫DNA疫苗奠定了 基础。 参考文献 [1]Lourido S,Shuman J,Zhang C,et a1.Calcium—dependent protein kinase l is an essential regulator of exocytosis in Toxoplasma[J].Nature,2010,465(7296):359-362. 【2]Green J L,Rees-Channer R R,Howell S A,et a1. 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