T淋巴瘤EL-4細胞雙受體表達研究①

張 媛 羅 微 馬 驪 （南方醫科大學生物技術學院分子免疫學研究所,廣州 510515）

T淋巴瘤EL-4細胞雙受體表達研究①

張 媛 羅 微 馬 驪 （南方醫科大學生物技術學院分子免疫學研究所,廣州 510515）

目的:檢測T淋巴瘤EL-4細胞T細胞受體（T cell receptor,TCR）的表達情況,為進一步研究T細胞等位基因排斥機制奠定基礎。方法:以小鼠脾細胞作為陽性對照,分別提取脾細胞和EL-4細胞mRNA,逆轉錄為cDNA,RT-PCR擴增24個TCRBV家族CDR3區,結合基因掃描（GeneScan）和基因測序技術,對有表達的TCRBV家族進行CDR3譜型和序列分析。結果:小鼠脾細胞24 BV家族均有表達,各TCR BV家族CDR3譜型均呈高斯分布（Gaussian distribution）,表明24 BV家族均為多克隆性。EL-4細胞被同時檢測到TCR BV10和BV12家族表達,CDR3譜型均呈單峰,兩個家族的RT-PCR產物經測序鑒定證實確屬TCR序列,且均為框內編碼。結論:EL-4細胞存在兩套框內重排的TCRβ鏈,表明其TCRβ鏈可能存在等位基因排斥“缺陷”現象。本研究為探索T細胞等位基因排斥機制奠定了基礎。

EL-4細胞株;T細胞受體（TCR）;等位基因排斥“缺陷”;框內重排

T淋巴細胞通過其表面受體（T cell receptor,TCR）特異性識別抗原。在T細胞發育成熟過程中,TCR胚系基因中可變區（Variable region,V）、多樣區（Diverse region,D）、連接區（Joining region,J）基因片段經歷基因重組[1]。依據Burnett的克隆選擇學說,T細胞表面受體遵循“一個淋巴細胞一個抗原受體”的原則,通過等位基因排斥機制,即一個等位基因座上抗原受體鏈的組成和表達能夠抑制另一個等位基因座上V-（D）-J基因片段的進一步重組,確保T細胞表面只存在一種TCR,表現單特異性抗原識別能力[2]。隨著對等位基因排斥機制研究的不斷深入,近年來,越來越多的學者們發現,TCRα鏈存在等位基因排斥“缺陷”現象,即單克隆T細胞有兩套重排的α鏈基因,甚至在蛋白質水平上檢測到兩種TCRα的表達,而關于TCRβ鏈等位基因排斥“缺陷”的研究報道較少[3-8]。

EL-4細胞為C57BL/6鼠T淋巴瘤細胞,作為單一細胞系發育成熟的T細胞株,是研究T細胞等位基因排斥機制的理想模型[9]。TCRβ鏈互補決定區3（CDR3）是直接與抗原肽結合的位點。在TCRβ鏈胚系基因片段重排過程中,CDR3區基因由BV末端、BD片段、BJ前端以及重排時V-D與D-J之間的插入序列（VnDnJ）組成,既是TCR上變化最多樣的區,也是在抗原特異性識別中起最關鍵作用的區[10]。依據CDR3可變區V基因序列的同源性,可將65個TCR BV基因分為24個基因家族（即TCR BV1-BV20基因家族,其中BV5和BV8各有三個亞家族）[11],不同T細胞克隆其TCRCDR3長度和序列有所不同,通過設計各家族上游引物和TCR BC共用下游引物,可擴增出所有TCR BV家族的CDR3區,即可檢測到T細胞中所有TCRβ鏈的表達[12]。本研究通過對EL-4細胞24個TCR BV家族分析發現,該細胞存在兩套重排的TCRβ鏈,表明其TCRβ鏈存在等位基因排斥“缺陷”。本研究為進一步探討T細胞等位基因排斥機制奠定了基礎。

1 材料與方法

1.1 動物和細胞株 實驗用C57BL/6小鼠（6～8周鼠齡）由南方醫科大學實驗動物中心提供;CD4+T淋巴瘤細胞株EL-4由本實驗室保存。

1.2 主要試劑 Ficoll淋巴細胞分離液購自上海生物制品研究所;RPMI1640培養基、胎牛血清（美國Gibco公司）;RNA提取試劑盒購自美國Omega Bio-Tek公司;第一鏈 cDNA合成試劑盒購自德國MBI Fermentas公司;去離子甲酰胺（美國Sigma公司）;凝膠回收試劑盒（美國Omega Bio-Tek公司）;DL2000 DNAMarker（日本TaKaRa公司）。

1.3 小鼠脾細胞懸液的制備 將C57BL/6小鼠拉頸處死,用75%酒精浸泡5分鐘,無菌條件下,取出小鼠脾臟并研磨,過200目不繡鋼篩制成單細胞懸液,將單細胞懸液輕輕加于淋巴細胞分離液上層,2 000 r/min水平離心20分鐘,吸取白色淋巴細胞層于一無菌離心管中,細胞計數,用含10%胎牛血清的RPMI1640全培調整細胞濃度為2×106ml-1。

1.4 有限稀釋法亞克隆EL-4細胞

1.4.1 小鼠飼養層細胞的制備 拉頸處死C57BL/6鼠,70%酒精浸泡消毒10分鐘,用手術剪將小鼠腹部剪開一小口,剝開皮膚,露出腹腔。用注射器將4 ml RPMI1640溶液注入腹腔,用手指輕揉腹部1分鐘,用注射器回抽腹腔液體,加入離心管。1 000 r/min離心10分鐘。取上清,以含 10%胎牛血清的 RPMI1640完全培養液將細胞制成懸液。臺盼藍染色計數活細胞,調整細胞濃度為4×105個/ml。將細胞種入96孔板,0.05m l細胞懸液/孔,置37℃、5%CO2孵箱培養24小時。

1.4.2 亞克隆EL-4細胞 計數EL-4細胞,取130個細胞重懸于6.5ml全培中,即20個細胞/ml,100 μl/孔加入已接種飼養細胞的96孔板A、B、C三排中,即2個細胞/孔。余下2.9ml細胞懸液補加2.9ml全培,等倍稀釋,即細胞濃度為10個/ml,100μl/孔加入上述96孔板的D、E、F三排中,即1個細胞/孔。余下2.2ml細胞懸液補加2.2ml全培,再等倍稀釋,即細胞濃度為5個/ml,100μl/孔,加入96孔板的G、H兩排中,即0.5個細胞/孔。培養4～5天,倒置顯微鏡下可觀察到小的細胞克隆團,補加全培100μl/孔。第8～9天時,肉眼可見克隆細胞群,挑選單克隆團的EL-4細胞,轉移至24孔板擴大培養。

1.5 引物設計與合成 參照文獻[13,14]合成TCR BV基因家族上游引物24條,TCR BC下游引物2條（內側引物5′端帶Fam標記,見表1）;由Invitrogen上海英駿生物技術有限公司合成。

1.6 總RNA提取和cDNA合成 按試劑盒條件,提取2×106個 EL-4細胞、小鼠脾細胞總RNA,取 1μg總RNA作為模板,用OligdT作引物,cDNA反應體系為40μl,按試劑盒條件合成cDNA。

表1 TCR BV24家族、TCR BC1、TCRBC2引物設計Tab.1 The primers of TVR BV 24 fam ily,TCR BC1,TCRBC2

1.7 TCR BV半巢式PCR 第一輪PCR反應體系為25μl,含cDNA 模板1.2μl,10mmol/L dNTP 0.5μl,10×Buffer 2.5μl,25mmol/L氯化鎂 1.5μl,24個TCR BV家族上游引物0.8μl和共用TCRBC下游外側引物0.8μl,引物濃度均為10mmol/L,Taq DNA聚合酶0.65U。反應條件為:94℃變性3分鐘;94℃1分鐘,55℃1.5分鐘,72℃2分鐘,40個循環;72℃延伸10分鐘。取PCR產物8μl在2%的瓊脂糖凝膠上進行電泳,于-20℃保存備用;第二輪PCR反應體系25μl,含第一輪PCR產物2μl,10mmol/L dNTP 0.5 μl,10×Buffer 2.5μl,25 mmol/L氯化鎂1.5μl,24個TCRBV家族上游引物0.8μl,FAM熒光標記的共用TCR BC下游內側引物0.8μl,Taq DNA聚合酶0.65U。反應條件為:94℃變性3分鐘;94℃1分鐘,55℃45秒,72℃1分鐘,40個循環;72℃延伸10分鐘。

1.8 瓊脂糖凝膠電泳 取PCR產物8μl經2%瓊脂糖凝膠電泳,110 V,24分鐘,采用凝膠成像系統照相,剩余產物-20℃保存備用。

1.9 GeneScan分析 取TCR BV第二輪各家族帶熒光標記的PCR產物2μl,分別加入2μl去離子甲酰胺,0.5μl變性膠上樣緩沖液（25 mmol/L EDTA,50 mg/ml b lue dextran）,94℃變性 4分鐘后,每管取2μl在373DNA序列分析儀（ABI,PerkinElmer）中電泳2小時（6%變性聚丙酰胺凝膠）,計算機收集電泳過程中不同時間所出現的不同顏色和強度的熒光素,以顯示出不同的位置、高度、顏色和形態的峰,Gene Scan 672軟件分析。

1.10 PCR產物測序 經GeneScan分析后,取單克隆的TCR BV家族PCR產物2μl為模板,相應的上游V基因家族引物和下游不帶熒光標記的BC引物各0.8μl,10 mmol/L dNTP 0.5μl,10×Buffer 2.5μl,25mmol/L氯化鎂1.5μl,Taq DNA聚合酶0.65U進行二次PCR,總反應體積為25μl。產物經瓊脂糖凝膠回收純化,送Invitrogen上海英駿生物技術有限公司測序。

2 結果

2.1 瓊脂糖凝膠電泳圖 2%瓊脂糖凝膠電泳結果顯示,小鼠脾細胞24TCR BV家族PCR產物在250～500 bp位置均有清晰條帶（圖1）,EL-4細胞株BV10和BV12基因家族PCR產物顯示清晰條帶（圖2）。

2.2 GeneScan分析CDR3譜型圖 小鼠脾細胞和EL-4細胞TCR Vβ基因家族GeneScan 672軟件分析結果:小鼠脾細胞TCR BV各家族均為8個以上中間高、兩端低的鐘型峰圖,呈高斯分布（8個以上峰型）,相鄰兩條條帶大小相差3 bp（圖3）。EL-4細胞株BV10家族和BV12家族呈單峰（表2）。

圖1 小鼠脾細胞TCR BV家族PCR產物2%瓊脂糖凝膠電泳圖Fig.1 The products of TCR BV fam ily PCR ofmouse spleen cells analyzed on a 2%agarose gel

圖2 EL-4細胞TCR BV家族PCR產物2%瓊脂糖凝膠電泳圖Fig.2 The products of TCR BV fam ily PCR of EL-4 cell line analyzed on a 2%agarose gel

圖3 小鼠脾細胞TCRβ鏈24 BV家族CDR3譜型基因掃描圖Fig.3 GeneScan analyze of CDR3 spectratype of TCRβchain 24 BV gene fam ilies ofmouse spleen cells

表2 TCR BV10和BV12家族CDR3基因和蛋白序列分析Tab.2 Analysis of CDR3 gene and protein sequences of the TCR BV10和BV12 in EL-4 cell line

圖4 小鼠脾細胞TCR BV4的PCR產物基因掃描分析圖Fig.4 GeneScan distribution profiles of TCR BV4 in mouse sp leen cells

2.3 PCR產物片段大小和表達頻率分析 軟件自動分析標本中各TCR BV家族CDR3片段的長度和表達頻率。圖4列出小鼠脾細胞TCR BV4的片段大小和表達頻率分析圖。

2.4 EL-4細胞株TCR BV10和BV12家族PCR產物測序后CDR3基因和蛋白序列分析（見表2） 根據測序結果,按DDBJ、GeneBank及IMGT庫中TCR VDJC標準基因序列,鑒定EL-4細胞TCR BV10和BV12家族PCR擴增序列均為TCR序列。

3 討論

本研究通過分析T淋巴瘤細胞株EL-4細胞TCR的表達,檢測到該細胞存在兩套框內重排的TCRβ基因。為明確該兩套TCR基因是同時存在于一個細胞內,還是因EL-4細胞株突變為一個混合細胞群而導致不同亞克隆株擁有不同TCRβ基因,我們對EL-4細胞株進行了亞克隆,挑選出三株生長良好的亞克隆細胞擴大培養,提取其總RNA并RT-PCR擴增24 TCR BV家族,結果表明,三個亞克隆株和母細胞株一樣,均有TCRBV10和BV 12表達,且不同亞克隆株來源的BV10和BV12基因序列完全一致,表明BV10和BV12來源于單個克隆的EL-4細胞,且表達穩定。該實驗結果提示,EL-4細胞株存在兩套框內重排的TCRβ鏈,表明其TCRβ鏈可能存在等位基因排斥“缺陷”。

依據經典的免疫學理論,T細胞通過等位基因排斥機制確保一個淋巴細胞只表現單特異性抗原識別能力,作為早期細胞自身的耐受機制,等位基因排斥可以減少多特異性淋巴細胞的數量[15]。然而,自The Journalof Immunology雜志上報道了對白喉毒素特異的人T細胞株存在兩個框內編碼的TCR Vβ基因之后,T細胞存在兩套重排TCR Vβ等位基因的現象才被相繼報道,表明TCR Vβ鏈的等位基因排斥并非準確無誤[16]。

為何T細胞能夠同時存在兩套重排的TCR Vβ鏈?研究者們推測可能是發生了等位基因排斥“缺陷”,具體解釋為:（1）兩個等位基因座上編碼框內的VDJβ同時發生重排,從而逃避了等位基因排斥的抑制機制[17]。（2）在T細胞發育的雙陽性階段（CD4+CD8+）,重組酶被異常激活,在TCRβ基因座上發生二次重排,使得單個細胞表達兩條β鏈形成兩種不同的TCR[18];（3）等位基因排斥取決于兩條染色體上VDJβ重排的異步性,pre-TCR的作用是傳導至少存在一個Vβ鏈信號而不是只能有一個Vβ鏈的信號[18];（4）第一個等位基因座上功能性重排的Vβ鏈表達與抑制第二個等位基因座上V-D-J重排存在時間的延遲,使得反饋抑制作用不能及時發揮作用[19]。

由于抗原受體的等位基因排斥由一系列復雜的機制調控,因此,盡管對等位基因排斥機制的研究已有數十年的歷史,引起等位基因排斥“缺陷”的原因目前仍是個迷。本研究發現EL-4細胞株存在兩套重排的TCRβ鏈,表明其TCRβ鏈存在等位基因排斥“缺陷”。EL-4細胞β鏈等位基因排斥“缺陷”的發生機制是什么?該現象究竟是等位基因排斥“缺陷”的偶然性?還是EL-4細胞作為T淋巴瘤細胞株這樣一種特殊細胞群的代表所表現出來的某種特性?等位基因排斥“缺陷”機制與腫瘤發生發展之間是否存在某種關聯?這些問題都有待我們更深入的研究和探討。

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[收稿2010-11-12]

（編輯 倪 鵬）

Expression of two distinct T cell receptorsby EL-4 T lymphoma cells

ZHANGYuan,LUOWei,MALi.InstituteofMolecularImmunology,SchoolofBiotechnology,SouthernMedicalUniversity,Guangzhou510515,China

Objective:To investigate the expression of T cell receptor（TCR）inEL-4 T lymphoma cells.Methods:Mouse spleen cells were used as positive control,total RNA was isolated from mouse spleen cells and EL-4 cell line.Comp lementarity Determining Region 3（CDR3）of24 TCR BV gene subfamilieswas amplified by the reverse transcription polymerase chain reaction（RT-PCR）.To determ ine the spectratypes and sequences of CDR3 region of TCRBV subfam ilies expressed by EL-4,PCR productswere analyzed by TCRGeneScan Technique and DNA sequencer,respectively.Results:24 TCRBV subfam ilies ofmouse spleen cellswere polyclonal,the spectratypes of TCRCDR3 regionwere showed Gaussian distribution.EL-4 was shown detected the expression of TCR BV10 and BV12 simultaneously,spectratypes of which showed single peak,and the TCR sequences of BV10 and BV12 were confirmed by DNA sequencer and they were both in-frame rearrangements.Conclusion:Two sets of in-frame rearrangements of TCRβchain exist in EL-4,and theremaybe‘defects'in allelic exclusion in TCRβchain.It provides abasis for future research of allelic exclusionmechanism.

EL-4 cell line;T cell receptor（TCR）;‘Defect'in allelic exclusion;In-frame rearrangement

R392.12

A

1000-484X（2011）05-0404-05

10.3969/j.issn.1000-484X.2011.05.005

①本文受國家自然科學基金（30972680、30771952）和教育部新世紀優秀人才支持計劃（NCET-07-0410）資助

張 媛（1987年-）,女,在讀碩士,E-mail:zhangy_1987@126.com;

及指導教師:馬 驪（1971年-）,女,教授,博士生導師,主要從事T細胞識別活化的基礎和應用研究,E-mail:maryhmz@126.com。