IκBα显性负相重组慢病毒载体的构建及其在 NF-κB信号通路中的功能验证
2015-09-09路尧严沁卢春南京医科大学病原生物学系江苏南京210029
路尧,严沁,卢春(南京医科大学病原生物学系,江苏 南京 210029)
IκBα显性负相重组慢病毒载体的构建及其在 NF-κB信号通路中的功能验证
路尧,严沁,卢春
(南京医科大学病原生物学系,江苏 南京 210029)
目的:构建表达 IκBα显性负相结构(dominant-negative construct,IκBα-DN)的重组慢病毒载体,并检测其对核转录因子-κB(nuclear factor kappa B,NF-κB)信号通路的影响。方法:PCR扩增 IκBα-DN片段并插入至 pCDHCMV-MCS-EF1-copGFP载体中。将构建的 pCDH-IκBα-DN重组质粒与包装质粒 psPAX2和包膜质粒 pMD2.G共同转染 293 T细胞,包装表达 IκBα-DN的重组慢病毒,并用梯度稀释法检测病毒滴度。以慢病毒 IκBα-DN感染 293 T细胞,通过免疫印迹检测IκBα蛋白的表达量。将慢病毒 IκBα-DN感染已转染有 NF-κB虫荧光素酶报告质粒的 293 T细胞,24 h后检测 IκBα-DN对 NF-κB活性的影响。进一步用慢病毒 IκBα-DN感染表达卡波氏肉瘤病毒(Kaposi's sarcoma-associated herpesvirus,KSHV)编码的病毒FLICE抑制蛋白(viral FLICE inhibitory protein,vFLIP)的人脐静脉内皮细胞株(human umbilical vein endothelial cells,HUVECs),以检测 IκBα-DN在 NF-κB信号通路中的功能。结果:限制性内切酶鉴定以及核酸序列比对证实重组质粒 pCDH-IκBα-DN构建成功。通过三质粒包装系统包装表达 IκBα-DN的重组慢病毒,病毒滴度约为 3×107efu/mL。以慢病毒 IκBα-DN感染 293 T细胞,免疫印迹结果表明胞质中 IκBα蛋白的表达量明显升高。虫荧光素酶报告实验结果提示,重组慢病毒介导的 IκBα-DN能有效抑制 NF-κB的活性。在表达KSHV vFLIP的 HUVECs中,IκBα-DN也能显著减弱 NF-κB通路信号。结论:成功构建的含IκBα-DN序列的慢病毒能够有效地感染293 T细胞和内皮细胞,且初步结果提示 IκBα-DN能增加胞质内 IκBα的含量,并进一步抑制 NF-κB信号的传递。
核转录因子-κB;IκBα;显性负相结构;慢病毒;卡波氏肉瘤病毒
[Abstract]Objective:To construct the recombinant lentivirus carrying the dominant-negative construct of IκBα(IκBα-DN),and identify the role in NF-κB signaling pathway.Methods:The fragment of IκBα-DN sequence from expression vector pMIGR1-IκBα-DN was cloned into the lentivirus vector pCDH-CMVMCS-EF1-copGFP.The recombinant plasmid pCDH-IκBα-DN,packaging vector psPAX2 and envelope vector pMD2.G were co-transfected into 293 T cells.The transfection efficiency was determined by observing the expression of green fluorescent protein(GFP).The total of 293 T cells were transduced with Lentivirus-IκBα-DN in the same multiplicity of infection(MOI)and IκBα protein was detected by Western blot. Next,Lentivirus-IκBα-DN was transduced into 293 T cells transfected with NF-κB luciferase reporter plasmid before and then the activity of NF-κB was detected.Similarly,human umbilical vein endothelial cells (HUVECs)expressing Kaposi's sarcoma-associated herpesvirus(KSHV)encoding viral FLICE inhibitory protein(vFLIP)were infected with Lentivirus-IκBα-DN and the expression of IκBα protein was determined by Western blot.Results:The recombinant plasmid pCDH-IκBα-DN and the recombinant lentivirus carry-ing IκBα-DN were constructed successfully in succession.The titer of Lentivirus-IκBα-DN was 3×107efu/ mL.The expression of cytoplasmic IκBα protein in 293 T cells infected by Lentivirus-IκBα-DN was significantly increased.Further,the result of luciferase reporter assay indicated that Lentivirus-IκBα-DN inhibited the activity of NF-κB.The same result was found in HUVECs expressing vFLIP and infected by Lentivirus-IκBα-DN.Conclusion:The recombinant lentivirus containing IκBα-DN was successfully constructed,and was able to infect 293 T cells and HUVECs effectively.Our date indicated that IκBα-DN could increase the content of IκBα in cytoplasm,and further inhibit NF-κB signaling.
[Key words]NF-κB;IκBα;dominant-negative construct;recombinant lentivirus;Kaposi's sarcoma-associated herpesvirus
核转录因子-κB(nuclear factor kappa B,NF-κB)的抑制性蛋白(inhibitor kappa B,IκB)家族包括8个成员,分别是p100、p105、IκBα、IκBβ、IκBγ、IκBε、Bcl-3和 IκB-R[1]。NF-κB以 p50/p65异二聚体形式普遍存在于细胞质中,与 IκBα结合而呈失活状态[2]。经多种刺激剂激活,IκBα被磷酸化与降解,使得NF-κB与 IκBα解离转位进入细胞核,并与靶基因启动子或增强子上的 κB位点结合,通过调节多种靶基因的表达参与调控细胞存活、增殖、分化以及血管生成等许多重要的生物学过程[3-6]。
卡波氏肉瘤病毒 (Kaposi's sarcoma-associated herpesvirus,KSHV)是一种 γ2型疱疹病毒[7],是卡波氏肉瘤(Kaposi's sarcoma,KS)的病原体[8]。KS以血管异常增生为主要特征,常发于皮肤并可累及黏膜淋巴结和内脏器官[9]。KSHV编码的多种蛋白具有致瘤效应,如 K2基因编码的病毒白细胞介素6 (viral interleukin-6,vIL-6)、K9基因编码的病毒干扰素调节因子1(viral interferon regulatory factor 1,vIRF-1)以及 K13基因编码的病毒 Fas相关死亡结构域介素-1β转换酶抑制蛋白(viral FLICE inhibitory protein,vFLIP)等[9-10]。其中致瘤蛋白 vFLIP在潜伏期表达[10],可与 IκB激酶复合物(inhibitor of kappa B kinase complex,IKK)相互作用并激活 NF-κB信 号 通 路[11-13]。为 研 究 NF-κB信 号 通 路 在vFLIP致瘤过程中的作用,本实验构建了能够抑制IκBα磷酸化并阻止 NF-κB入核发挥转录因子功能的IκBα显性负相结构(dominant-negative construct,IκBα-DN)重组慢病毒载体,从而为阐明 KSHV的感染和致瘤机制奠定基础。
1 材料与方法
1.1 质粒与细胞
本实验中所用的慢病毒包装系统由3种质粒构成,分别为包装质粒 psPAX2、包膜质粒 pMD2.G以及慢病毒载体pCDH-CMV-MCS-EF1-copGFP。真核表达质粒 pMIGR1-IκBα-DN,虫荧光素酶报告实验中所用NF-κB虫荧光素酶报告质粒与内参质粒pRL-TK为本实验室保存。实验中所用人胚肾上皮细胞(293 T细胞)和人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells,HUVECs)均在37℃、5% CO2的培养箱中培养,分别生长于含有10%和20%灭活胎牛血清(美国 Gibco公司产品)的 DMEM中(美国Hyclone公司产品),培养基中加入庆大霉素(100 U/mL)、链霉素(100 μg/mL)和青霉素(100 U/mL)。
1.2 试剂
实验中的 PCR引物由苏州金唯智科技有限公司合成;PCR酶购自南京诺唯赞科技有限公司;质粒小提试剂盒及凝胶纯化试剂盒为美国Omega公司产品;DNA连接酶与质粒转染试剂 LipofectamineTM2000分别购自美国Thermo公司和Invitrogen公司;抗 IκBα单克隆抗体与抗 Flag M2单克隆抗体均为美国Cell Signaling公司产品;抗α-微管蛋白单克隆抗体购自美国 Santa Cruz公司;Dual-Glo Luciferase Assay System为美国Promega公司产品。
1.3 方法
1.3.1 PCR扩增 IκBα-DN序列 根据真核表达质粒 pMIGR1-IκBα-DN分别设计 IκBα-DN序列的上下游引物,其中上游引物为5′-TTGAATTCGCCACCATGTTTCAGCCAGCTGGGCAC-3′(下划线部分为EcoR I识 别 序列),下 游引物为5′-CGGGATCCTTATTTGTCATCGTCGTCCTTATAATCCTTATCGTCATCATCCTTGTAATCTTTGTCGTCGTCATCCTTGTAGTCTAATGTCAGACGCTGGCCTCC-3′(下划线部分为BamH I识别序列,斜体部分为标签蛋白 Flag序列)。以 pMIGR1-IκBα-DN质粒为模板,通过上述上下游引物PCR扩增出IκBα-DN序列,经核酸电泳检测 PCR产物并切胶回收。
1.3.2 重组质粒pCDH-IκBα-DN的构建及鉴定
用限制性内切酶EcoRⅠ和BamHⅠ同时酶切PCR回收产物与慢病毒载体pCDH-CMV-MCS-EF1-copGFP,将纯化后的双酶切产物用 T4连接酶连接过夜。取连接产物转化入感受态大肠埃希菌DH5α,挑选氨苄西林抗性菌落进行扩增,通过质粒小提试剂盒提取出重组质粒 pCDH-IκBα-DN。对获得的重组质粒进行双酶切鉴定,同时送苏州金唯智科技有限公司进行核酸序列测定。
1.3.3 重组慢病毒Lv-IκBα-DN的包装与滴度测定
利用LipofectamineTM2000将构建成功的重组质粒pCDH-IκBα-DN与包 装质 粒 psPAX2、包膜 质 粒pMD2.G共同转染入 293 T细胞,转染10 h后更换新鲜培养基继续培养[14]。终止转染 48 h后在荧光显微镜下观察绿色荧光的表达。收取细胞培养上清并经0.45 μm滤器过滤,将包装的重组慢病毒及其对照慢病毒分别命名为Lv-IκBα-DN和Lv-Mock。将病毒液进行梯度稀释,分别感染提前24 h铺板的293 T细胞。通过荧光计数法测定两者滴度。
1.3.4 重组慢病毒介导的 IκBα-DN在 293 T细胞中的表达 将293 T细胞铺入 6孔板中,24 h后以相同感染复数的 Lv-IκBα-DN和 Lv-Mock病毒液分别感染。感染48 h后在荧光显微镜下观察绿色荧光表达,同时提取蛋白进行免疫印迹,检测 IκBα蛋白的表达情况。
1.3.5 重组慢病毒介导的 IκBα-DN在 HUVECs中的表达 依照“1.3.4”中的步骤感染HUVECs,48 h后在荧光显微镜下观察绿色荧光表达,同时提取蛋白进行免疫印迹,检测IκBα蛋白的表达情况。
1.3.6 虫荧光素酶报告实验检测 IκBα-DN对 NF-κB活性的影响 提前24 h将293 T细胞铺入48孔板中,利用 LipofectamineTM2000共同转染入 NF-κB虫荧光素酶报告质粒以及内参质粒pRL-TK。转染24 h后依照“1.3.4”中的步骤感染 24 h。收集细胞,按照 Dual-Glo Luciferase Assay System说明书中推荐步骤检测荧光素酶活性。
1.4 统计学方法
使用统计学软件 SPSS 19.0对数据进行标准差统计,两两比较采用t检验,P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 IκBα-DN序列的PCR扩增
以真核表达质粒 pMIGR1-IκBα-DN为模板进行PCR扩增,PCR产物经1%琼脂糖凝胶电泳鉴定,在约1 039 bp位置出现与预期一致的 IκBα-DN片段(图1)。
图1 PCR扩增IκBα-DN序列
2.2 重组质粒pCDH-IκBα-DN的鉴定
对构建的重组质粒pCDH-IκBα-DN进行酶切鉴定,酶切产物经1%琼脂糖凝胶电泳后分别产生 2条片段,大小约7 742 bp和1 039 bp,即代表慢病毒载体 pCDH-CMV-MCS-EF1-copGFP和 IκBα-DN序列(图 2)。测序结果表明,全长为1 039 bp的外源基因已克隆至慢病毒载体中。DNAssist软件比对结果证实,插入的IκBα-DN片段与pMIGR1-IκBα-DN中的序列一致,引入的 Flag序列完全正确,表明重组质粒pCDH-IκBα-DN构建成功。
图2 重组质粒 pCDH-IκBα-DN的酶切鉴定
2.3 重组慢病毒的包装与滴度测定
用LipofectamineTM2000转染试剂将包装质粒、包膜质粒与IκBα-DN重组质粒共转染入 293 T细胞,48 h后在荧光显微镜下可观察到大约 80%293 T细胞表达绿色荧光(图3)。分别收取重组慢病毒Lv-IκBα-DN以及对照慢病毒Lv-Mock的病毒液,过滤后感染 293 T细胞,48 h后通过荧光计数法测得Lv-IκBα-DN和 Lv-Mock的滴度分别为 3×107efu/ mL和2×107efu/mL。
2.4 重组慢病毒 Lv-IκBα-DN在293 T细胞中的表达验证
将Lv-IκBα-DN和 Lv-Mock病毒液分别感染293 T细胞,48 h后在荧光显微镜可观察到约 90%细胞表达绿色荧光。同时收取细胞蛋白进行免疫印迹,利用抗Flag M2单克隆抗体可在39×103处检测到特异性条带,且 IκBα蛋白表达水平上升,说明重组慢病毒Lv-IκBα-DN和 Lv-Mock包装成功,IκBα-DN能够增加胞质内 IκBα蛋白的表达。见图4。
图3 三种质粒共转染293 T细胞后的绿色荧光蛋白的表达(×100)
图4重组慢病毒介导的 IκBα-DN在 293 T细胞中的表达
2.5 虫荧光素酶报告实验检测 IκBα-DN对 NF-κB活性的影响
将NF-κB虫荧光素酶报告质粒与内参质粒pRL-TK共同转染入293 T细胞,并以Lv-IκBα-DN 和Lv-Mock病毒液分别进行感染,24 h后检测荧光素酶活性。结果显示,IκBα-DN显著抑制了 NF-κB报告质粒的活性,差异有统计学意义(P<0.000 1)。见图5。
图 5 虫荧光素酶报告实验检测 IκBα-DN对NF-κB活性的影响
2.6 重组慢病毒 Lv-IκBα-DN在 HUVECs中的功能验证
用Lv-IκBα-DN和Lv-Mock病毒液分别感染稳定表达 KSHV vFLIP的 HUVECs(vFLIP)及其对照细胞(Mock),最终获得 Mock-pCDH、Mock-IκBα-DN、vFLIP-pCDH、vFLIP-IκBα-DN四株细胞株。免疫印迹检测发现,经重组慢病毒导入IκBα-DN序列后,被vFLIP所抑制的胞质内 IκBα蛋白的表达明显升高(图6),证明IκBα-DN在HUVECs中可以得到有效表达,并且能够在稳定表达 KSHV vFLIP的细胞中发挥抑制 NF-κB信号通路的作用。
图6 重组慢病毒介导的 IκBα-DN在 HUVECs中的功能验证
3 讨论
NF-κB信号通路在抵御病原微生物的天然免疫系统中起着重要的作用,而很多病原微生物也在不断地进化中形成了调控 NF-κB信号通路的应对策略。其中,KSHV的生命周期和致病过程被证实与NF-κB信号通路密切相关。KSHV是一种可以导致多种恶性肿瘤发生的病毒,NF-κB信号通路的过度激活可导致 NF-κB靶基因的异常表达,这些基因往往与肿瘤的发生、转移、组织浸润以及肿瘤细胞的抗凋亡作用相关,如调控细胞增殖的细胞周期蛋白 D1和细胞周期蛋白 E,与炎症反应和血管生成相关的白细胞介素1、白细胞介素6、血管内皮生长因子、细胞间黏附分子-1和内皮细胞选择素,以及与迁移侵袭相关的尿激酶、基质金属蛋白酶2/9和细胞间黏附分子-1(intercellular adhesion molecule-1,ICAM-1)。
目前研究表明,KSHV编码的多种蛋白参与调节 NF-κB信号通路,如 vFLIP、vGPCR、K1、vIRF3、FGARAT、K15、RTA[15]。其中,KSHV潜伏期蛋白vFLIP通过与NEMO绑定促进胞质内IKK复合物的形成,进而激活 NF-κB信号通路[16]。除此之外,KSHV vFLIP激活 NF-κB信号通路还需要上调宿主细胞环氧化酶2的表达[17]。另有研究表明,在KSHV感染的细胞中,被 vFLIP激活的 NF-κB进入细胞核后除了调节细胞的存活、增殖及血管形成等生物学过程,同时也增强了锌指蛋白A20的表达,表达量增加的 A20则可抑制 NF-κB通路信号,从而形成了对 NF-κB信号通路的负反馈调节[18]。在经典的NF-κB信号通路中,IκBα也是典型的能够发挥抑制NF-κB入核作用的关键蛋白。IκBα可以通过C端含有的3~8个锚蛋白基序,覆盖NF-κB的核定位序列,从而达到抑制NF-κB活性的目的[19-21]。
因此,许多研究中都采用 IκBα磷酸化的抑制剂来阻断NF-κB信号通路,以满足各自的研究需要。目前比较常用的为(E)-3-(对甲苯磺酰基)丙烯腈,是一种高效的化学抑制剂,能够不可逆地抑制IκBα的磷酸化反应,从而阻止了 NF-κB的入核。这种化学抑制剂优点是效率高,但有明显的细胞毒性作用,会影响细胞的正常生长,继而会对随后的表型实验产生干扰。因此,本课题组构建了IκBα显性负相结构的重组慢病毒载体,它以慢病毒的方式导入细胞并稳定表达,既能够成功地抑制IκBα的磷酸化又不会对细胞产生毒副作用。这种方法目前已经比较成熟,已有研究者利用IκBα-DN成功使得胰腺癌 PC-3细胞株中 NF-κB低表达[22],此外国外实验室为研究 NF-κB信号通路调节乳腺癌细胞向肺部转移过程中的免疫和炎症反应过程,就应用了IκBα-DN这一技术并取得了很好的结果[23]。
本实验室在前期研究中将vFLIP基因通过慢病毒载体的形式整合入HUVECs,稳定表达的vFLIP蛋白通过活化的IKK复合物泛素化、磷酸化并最终降解IκBα,从而使 NF-κB大量进入细胞核,启动与肿瘤形成相关基因的表达[24]。目前本实验室已经通过同位素标记相对和绝对定量蛋白组学技术,对稳定表达 vFLIP的内皮细胞及其对照细胞株进行了蛋白表达谱的测定,并筛选出部分与肿瘤形成有关的蛋白。vFLIP可能通过 NF-κB信号通路调控其中某些关键蛋白的表达,从而参与 KSHV的致瘤过程。为了进一步验证 NF-κB信号通路及其下游的关键靶基因在其中的重要作用,本实验构建了表达IκBα-DN的重组慢病毒载体,以抑制 IκBα的磷酸化与降解,从而抑制NF-κB信号的活化。在后续研究中,构建的IκBα-DN重组慢病毒载体将应用于逆转vFLIP对NF-κB信号通路的激活作用,有助于检验所筛选出的关键蛋白是否参与了 vFLIP通过调控NF-κB信号通路促进肿瘤生成的过程,从而为进一步阐明KSHV相关恶性肿瘤的发病机制奠定实验基础。
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Construction of recombinant expression lentivirus vector carrying IκBα-DN and identification of its role in NF-κB signaling pathway
LU Yao,YAN Qin,LU Chun
(Department of Microbiology,Nanjing Medical University,Nanjing Jiangsu 210029,China)
R393
A
1671-7783(2015)01-0027-06
10.13312/j.issn.1671-7783.y140327
路尧(1986—),男,硕士研究生;卢春(通讯作者),教授,硕士生导师,E-mail:clu@njmu.edu.cn
2014-08-27 [编辑]何承志