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雞主要組織相容性復合體I重鏈基因的克隆與序列分析

2011-01-01 00:00:00王娜
湖北畜牧獸醫 2011年6期

摘要:根據GenBank中收錄的雞主要組織相容性復合體(Major Histocompatibility Complex,MHC)Ⅰ的α胞外區基因核苷酸序列,設計并合成了一對引物,PCR擴增α胞外區基因。將特異性DNA條帶回收,以pGEM-T Easy vector質粒為載體進行連接,轉化大腸桿菌DH5α感受態細胞,經藍白斑篩選,菌液PCR和酶切鑒定為陽性的重組子進行測序。測序結果表明,雞MHCⅠ的重鏈胞外區基因全長為810bp,包含一個完整開放的閱讀框,編碼270個氨基酸的多肽。試驗為進一步利用BF2的輕鏈基因在體外共同構建MHCⅠ類分子結合篩選抗原表位肽平臺奠定了基礎。

關鍵詞:雞;MHCⅠ類;重鏈;擴增;基因克隆;序列分析

中圖分類號:S852.4文獻標識碼:A文章編號:1007-273X(2011)06-0007-04

主要組織相容性復合體(Major Histocompatibility Complex,MHC)是Snell等在研究小鼠的移植排斥反應時發現的與免疫應答直接相關基因群編碼的一類細胞表面膜蛋白[1,2]。MHC的主要免疫功能是識別、清除外來和內在抗原[3,4]。研究發現,雞的MHC與許多重要疫病的抗性、易感性密切相關,為抗病育種提供了廣闊的研究領域。例如,它可極大地影響雞馬立克氏病(MD)的遺傳抗性[5]。細胞內的病毒抗原以及一些腫瘤抗原是內源性抗原,其遞呈工作主要由MHCⅠ類分子負責。MHCⅠ類分子由一條重鏈和一條輕鏈以非共價鍵形式結合組成。重鏈由MHCⅠ類分子基因編碼,成為α鏈。α鏈的胞膜外區分為α1、α2和α3三個區域。α1和α2區域形成一個由8個β折疊和2個α螺旋組成的兩端閉合的深槽,能與8~10個氨基酸的多肽結合[6,7]。輕鏈是由另一條染色體的β2m基因編碼。β2m與α3區域以非共價鍵形式結合,其中α3區域氨基酸組成十分保守。細胞表面裝配好的MHC復合體由三部分組成:含跨膜域和可變肽結合部位的重鏈、遞呈給T細胞受體的抗原性及既無跨膜域又無可變抗原結合域的輕鏈[2,8]。這3種成分是對于內源產生的肽抗原的裝配及其向T細胞的遞呈所必需的。雞內源性抗原均是由MHCⅠ類分子遞呈給免疫系統從而啟動機體的細胞免疫的,為更有效地獲得和認知雞的MHCⅠ類分子,研究抗原的遞呈機理,就需要在體外重建雞的MHCⅠ類分子。而α重鏈胞外區是MHCⅠ復合體的一個必不可少的成分,它的成功克隆為MHCⅠ類分子的體外重建奠定了基礎,為下一步重建MHCⅠ-抗原肽復合物,建立動物重大病原T細胞表位多肽的鑒定平臺提供必要的材料和支撐,從而可推進MHCⅠ類分子抗原遞呈的分子機理及表位疫苗的研究。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1試驗地點、時間試驗地點:河南農業大學動物性食品安全實驗室;試驗時間:2010年9月3日至2011年2月15日。

1.1.2菌種和質粒新鮮雞血液(用前采集);pGEM -T Easy Vector System購自Promega公司;大腸桿菌DH5α感受態細胞由河南農業大學動物性食品安全實驗室制備。

1.1.3工具酶、試劑及主要儀器AMV反轉錄酶,IPTG(誘導劑)和X-gal(生色底物),Trizol試劑,Premix Taq DNA聚合酶,DNA Maker DL2000,瓊脂糖,限制性內切酶EcoRⅠ、PstⅠ等購自寶生物工程(大連)有限公司;胰蛋白胨、酵母提取物等為OXOID公司產品;DNA提取試劑盒購自V-gene公司;DNA凝膠回收試劑盒購自北京Tiangen生物技術有限公司;質粒快速提取試劑盒購自北京博大泰克生物技術有限公司。

PCR擴增儀(購自M J Research公司),電泳系統(Bio-RAD公司產品),小型臺式離心機(購自德國Sigma公司),超凈工作臺(購自蘇凈集團安泰公司)。

1.1.4常用溶液及培養基

氨芐青霉素(Ampicillin,Amp)貯存液:用ddH2O將氨芐青霉素配成100mg/mL,用0.22μm的濾器過濾除菌,分裝成小份,-20℃保存備用。

IPTG液:將2.0g固體IPTG用8.0mL ddH2O溶解,定容至10mL,配成終濃度為100mg/mL,用0.22 μm濾器過濾除菌分裝成小份,于-20℃保存備用。

X-gal:用二甲基甲酰胺溶解固體X-gal,使其濃度為20mg/mL,保存于棕色瓶內或用鋁箔包裹的瓶內,貯存于-20℃備用。

CaCl2法轉化用溶液:60mmol CaCl2,150mL甘油,10mmol PIPES(pH值為7.0),加水至500mL。

液體LB培養基(500mL):稱取酵母2.5g,氯化鈉5g,蛋白胨5g,加500mL去離子水后,加100μL 10mol/L NaOH,調pH值至7.4。使用時每100mL加入65μL配好的氨芐青霉素(100mg/mL)。

固體LB培養基(100mL):稱取酵母0.5g,氯化鈉1g,蛋白胨1g,瓊脂1.5g,加100mL去離子水后,加20μL 10mol/L NaOH,調pH值至7.4。高壓滅菌后每100mL加入65μL配好的氨芐青霉素(100mg/mL)。

1.2方法

1.2.1引物設計與合成參照GenBank中發表的雞MHCⅠ的α胞外區基因,利用引物設計軟件PremerPremier5.0設計1對引物,并用DNAstar、Pcrdesn、DNAclub等軟件評價所設計引物。上下游引物之間所擴增片段長810bp。引物由上海生工生物工程有限公司合成。上游引物P1:5’-GAGCTCCATACCCTGCGG-3’;下游引物P2:5’-CCCGGCCTCTACTCGTGG-3’

1.2.2RNA的抽提取分裝于1.5mL EP管中的新鮮雞血液,加入400μL的Trizol,劇烈振蕩混勻。加入100μL的氯仿/異戊醇(體積比24∶1),劇烈振蕩混勻30s,臺式離心機上12 000r/min離心5min。將上清液小心轉移到滅菌1.5mL Rnase-free離心管里,加入150μL無水乙醇,混勻。將上述溶液全部轉移到套放于2mL收集管內的UniQ-10柱中,室溫放置2min,8 000r/min離心1min。小心取出柱子,棄去收集管中的廢液,將柱子重新放回收集管中,加入450μL RPE solution(加4倍無水乙醇),室溫放置2min,10 000r/min離心30s。重復一次,然后12 000 r/min空離3min。加入16μL DEPC水于柱內膜中央,70℃水浴3min。12 000r/min室溫離心1min洗脫,收集管內的溶液為RNA樣品。提取的RNA保存于-70℃或直接用于第一條鏈cDNA的反轉錄。取5μL RNA測定其濃度,另取5μL RNA進行瓊脂糖凝膠電泳,以檢測其完整性。

1.2.3MHC I 胞外區基因的克隆

1.2.3.1反轉錄按RevertAidTM First Strand cDNA Synthesis Kit的步驟進行,取上述提取的RNA 11μL于一滅菌EP管中,加入1μL通用引物,70℃溫浴10min,快速置冰上5min,稍離心;然后依次加入5×反轉錄酶緩沖液4μL,RNA酶抑制劑(20U/μL)1μL,dNTP混合物2μL,加后稍離心,42℃水浴2min;最后快速加入M-MuLV Reverse Transcriptase(200U/μL)1μL繼續42℃溫浴60min后于70℃ 15min滅活反轉錄酶,RT產物于-20℃保存或立即進行PCR。

1.2.3.2PCR擴增采用P1/P2引物對對樣品進行PCR擴增。在50μL PCR擴增體系中,加入以下成分:Premix Taq酶25μL,上、下游引物各1μL,DNA模板6μL,補去離子水17μL,混勻瞬時離心后進行PCR擴增。反應程序為:94℃ 5min;94℃ 30s,51℃ 30s,72℃ 1min,30個循環;最后72℃ 8min。同時設立無模板的陰性對照。反應結束后,取5μL PCR產物用1.0%瓊脂糖凝膠(含0.5μg/mL EB)進行電泳檢測PCR的結果。

1.2.3.3回收PCR產物參照GenClean瓊脂糖凝膠DNA回收試劑盒說明書,純化回收特異的DNA條帶。具體操作如下:清洗電泳槽,更換電泳液,清洗紫外燈臺面及刀具。倒厚膠,點內側孔,切取最亮條帶,吸干水分,稱重。按100μL膠塊加500μL溶膠液的比例加入溶膠液,55~65°C水浴約10min,搖動數次,至膠塊完全溶解。將上述液體移至吸附柱中,放到離心機內按12 000r/min離心30s,重復一次,然后去掉廢液。向吸附柱中加入500μL漂洗液,

12 000r/min離心30s,倒掉廢液。重復一次,12 000r/min空離2min。移至1.5mL EP管中,加入30μL洗脫緩沖液,室溫靜置1~2min后,12 000r/min離心2min洗脫,封口于-20°C保存。

1.2.3.4PCR產物的連接將純化回收產物與pGEM-T Easy Vector以7∶1比例進行連接,在10μL連接體系中加入以下成分:2×Buffer 5μL,回收產物3.5μL,pGEM-T Easy Vector 0.5μL,T4 DNA連接酶1μL,待各組分加完后,于16℃低溫連接過夜。

1.2.3.5工程菌DH5α感受態細胞的制備從37℃培養16~20h的LB平板中挑取一個單菌落,轉到一個含有100mL LB培養基的三角燒瓶中,于37℃劇烈振蕩搖床培養約3h。在無菌條件下,將細菌轉到一個一次性使用的、用冰預冷的50mL聚丙烯管中,在冰上放置10min,使培養物冷卻至0℃。4℃ 4 000 r/min離心10min以回收細胞。倒出培養基,將管倒置1min,以使最后殘留的痕量培養液流盡。以10mL預冷的0.1mol/L CaCl2重懸每份沉淀,放置于冰浴上。4℃ 4 000r/min離心10min,以回收細胞。倒出培養液,將管倒置1min以使最后殘留的痕量培養液流盡。每50mL初始培養液用2mL冰預冷的0.1mol/L CaCl2重懸每份細胞沉淀。以每管100μL分裝,-70℃保存備用。

1.2.3.6連接產物的轉化取連接產物5μL無菌條件下加入40μL感受態細胞中,混合振蕩均勻,冰浴放置30min;42℃熱沖擊90s,迅速轉入冰浴維持15min;加950μL LB培養基,37℃振蕩培養1h。

8 000r/min離心5min,棄上清,再加入200μL LB培養基重新懸浮沉淀;將菌液均勻涂布于含42μL X-gal、42μL IPTG和氨芐青霉素(100μg/mL)終濃度50μg/mL的LB固體培養基待吸收(20min)后37℃培養12~16h。

1.2.3.7挑斑隨機挑取生長于LB平板上的數個白色菌落,分別接種于含Amp的LB液體培養基中,37℃振蕩過夜培養,同時設藍斑為陰性對照。

1.2.3.8重組質粒的菌液PCR鑒定菌液PCR反應體系如下:Premix Taq酶25μL,上游引物1μL,下游引物1μL,補去離子水17μL,共44μL,將44μL分成兩份,然后每份加入3μL培養好的菌液,每份為25μL,用25μL體系進行PCR擴增,然后電泳觀察。

1.2.3.9質粒的提取參照B型質粒小樣快速提取試劑盒的說明書提取質粒。從篩選平板上挑取單菌落于含抗生素的培養基中,37°C振蕩培養12~16h。取1.5~3.0mL菌液,室溫12 000r/min離心3min,倒掉培養基并將離心管倒扣于吸水紙上充分除去液體。用100μL溶液1充分重懸細胞至管底沒有沉淀并且無塊狀懸浮。加入150μL溶液2,立即溫和上下顛倒5~6次,使菌體充分裂解,形成透明溶液。然后將離心管放到冰上1.5min。加入150μL溶液3,立即溫和顛倒離心管數次,至蛋白絮狀沉淀不再增加。室溫靜置5min,最后14 000r/min離心5min。向一個新的吸附柱中加入420μL結合緩沖液,然后將上清液小心轉移至離心吸附柱中,盡量避免取到蛋白沉淀,混勻。室溫12 000r/min離心30s,倒掉廢液收集管中的液體,將離心吸附柱裝回廢液收集管。重復一次。向吸附柱中加入700μL漂洗液,12 000r/min離心30s,倒掉廢液并將離心吸附柱裝回廢液收集管。重復步驟一次。倒掉廢液后將離心吸附柱裝回廢液收集管中,空管12 000r/min離心2min,以完全除去漂洗液。將吸附柱移至一個干凈的1.5mL離心管中,向吸附柱膜中央加入40~60μL洗脫緩沖液,室溫放置1~2min,12 000r/min離心2min洗脫DNA。(溶液1、2、3是B型質粒小樣快速提取試劑盒里提供的3種溶液。)

1.2.3.10重組質粒的酶切鑒定用PstⅠ對重組質粒進行酶切鑒定。在10μL酶切體系中加入以下成分:10×Buffer 1μL,重組質粒6μL,去離子水2μL,PstⅠ1μL,混勻瞬時離心后,于37℃水浴消化2h,反應結束后用瓊脂糖凝膠電泳檢查結果。

用EcoRⅠ對重組質粒進行酶切鑒定。在10μL酶切體系中加入以下成分:10×Buffer 1μL,重組質粒6μL,去離子水2μL,EcoRⅠ1μL,混勻瞬時離心后,于37℃水浴消化2h,反應結束后用瓊脂糖凝膠電泳檢查結果。

1.2.3.11基因的序列測定選擇酶切和PCR鑒定均為陽性的重組菌液送往寶生物工程(大連)有限公司進行序列測定。為避免因PCR反應本身造成的序列錯誤,將目的基因均從正反兩個方向各測一遍,相互效驗無誤后,確定為雞MHCⅠ的α胞外區基因序列。

2結果

2.1PCR擴增

從新鮮雞血液中提取總RNA,然后利用RT-PCR技術擴增產物,經1%瓊脂糖凝膠電泳初步檢測表明,在810bp左右出現了一條特異性條帶,與預期大小相符(圖1)。

2.2重組質粒的酶切鑒定

提取菌液PCR鑒定為陽性重組菌的質粒,分別用PstⅠ和EcoRⅠ進行酶切鑒定。pGEM-T Easy質粒的大小為3 000bp,并有兩個EcoRⅠ和一個PstⅠ酶切位點,目的片段大小約810bp。重組質粒經EcoRⅠ酶切、電泳應出現2條帶:一條大小約3 000bp的帶,而另一條為約810bp的帶;經PstⅠ酶切在

3 810bp左右出現一條特異性條帶,與預期結果相符(圖2)。表明獲得了基因的重組質粒,陽性重組質粒命名為pGEM-α。

2.3序列分析

選擇酶切和PCR鑒定為雞MHCⅠ的α胞外區基因重組陽性的菌液送寶生物工程(大連)有限公司,進行正反兩個方向的序列測定,報告的核苷酸序列為810bp,包含一個完整開放的閱讀框(810bp),共編碼含270個氨基酸的成熟多肽。

3討論

MHCⅠ類分子是機體細胞膜表面的糖蛋白,MHC分子的主要功能是幫助特異分子片段以易于被免疫效應細胞(如T淋巴細胞)識別的排列呈現在細胞表面。它們實際上起著結合和識別抗原的作用[9],MHC分子通過其結合肽和同T細胞的相互作用的分子功能來實現其免疫學作用,MHCⅠ類分子結合肽是有選擇性的,病毒的T細胞抗原表位是MHCⅠ類分子限制性的[10]。MHCⅠ類分子主要遞呈內源性抗原,正是由于MHCⅠ類分子對大量的內源性抗原的遞呈,才使得機體特異性識別內源性抗原,從而激發機體的特異性的細胞免疫,究竟一個病毒或者其他的內源性抗原蛋白有多少細胞表位是供MHCⅠ類分子識別的,其中哪些表位是主要的優勢表位,哪些表位是必須的優勢表位,目前在國際上對表位的探索和篩選由于缺乏有效體外鑒定系統而進展緩慢,此外多肽表位的遞呈是MHC限制性的,不同的個體由于其不同的MHCⅠ,所以其遞呈抗原的能力和類別就可能存在差異。

為在國際上率先探索開發一種T細胞表位快速篩選和鑒定技術,本實驗為體外鑒定T細胞表位平臺的建立提供必要的MHCⅠ類分子的重鏈,對重鏈胞外區基因進行了成功克隆。進一步為MHCⅠ重鏈和輕鏈的聯合表達載體系統的選擇提供了強有力的證據,為動物重大病原的表位多肽鑒定平臺的進一步建立提供了必要材料和支撐。

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