作者:崔飞伦,邱镇,陆洪兵,姚震,林大春
【摘要】 目的: 探讨针对转化生长因子β1(tgfβ1)的小干扰rna(sirna)对大鼠肾间质细胞系(nek293)tgfβ1的表达、细胞周期的抑制及细胞凋亡的诱导作用. 方法 : 利用rna干扰(rnai)效应设计针对tgfβ1的不同sirna,构建表达载体质粒并转染nek293细胞系. rtpcr和western blot分别检测tgfβ1 mrna及蛋白的表达,细胞生长试验和流式细胞观察转染前后细胞周期及细胞凋亡的变化. 另设一无意义rna载体质粒为阴性对照. 结果: sirna转染效率70%,特异性sirna对tgfβ1 mrna及蛋白的表达具有抑制作用(p>0.05),实验组细胞生长受到抑制、凋亡增加(p>0.05). 结论: 应用 rnai技术可明显抑制tgfβ1的表达,并高效的抑制nek293的生长、诱导其凋亡.
【关键词】 转化生长因子β1;肾纤维化;rna干扰
0引言
肾纤维化是肾脏多种损伤,如创伤、缺血、肾移植术后慢性排异反应及尿路梗阻等修复的共同转归. 长期以来,肾纤维化被描述为不可逆的静止性瘢痕组织,但近年来的 研究 认为纤维化实际上是一个动态过程,其特征为细胞外基质(ecm)迅速重建和长期的成纤维细胞激活[1],已知的主要效应细胞为成纤维细胞、肾间质细胞等. 体外研究[2]表明,转化生长因子β1(tgfβ1)是肾间质细胞的主要调控因子. 本研究应用tgfβ1特异性小干扰rna(sirna), 以质粒载体转染大鼠肾间质细胞nek293,观察特异性sirna对tgfβ1的表达,nek293细胞周期及凋亡的 影响 .
1材料和方法
1.1材料hek293细胞(美国clontech公司);lipofectamine(美国gibco公司);rtpcr 试剂盒(日本takara 公司);化学发光试剂,(美国santa cruz公司);噻唑蓝显色剂(mtt)、碘化丙啶(pi)荧光染料、tritonx100打孔剂(美国sigma公司);dosper脂质体(美国roche公司);荧光显微镜(德国opton公司);tecan sunrise型自动酶联免疫检测仪,coulter epics xl流式细胞仪,ls6500液闪计数仪(美国beckman公司).
1.2方法
1.2.1特异性sirna设计及载体的构建候选sirna序列通过blast工具搜索,去掉与人类rnas同源性的靶序列,最后选取3个sirna. 根据psilencer3.1h1质粒载体使用说明,将编码sirna的双链互补dna片段插入该载体的bamhi/hindⅲ位点之间以制备发夹cdnas[3]. 表达这3种sirna的重组质粒分别命名为psirna1,2,3. 以bamhi和hindⅲ酶切后电泳观察酶切特异性片段的大小,并对纯化的sirna片段进行dna测序 分析 . 另合成一不针对任何基因的无意义片段作为对照.
1.2.2细胞培养及转染hek293细胞以含100 ml/l灭活小牛血清的rpmi1640培养液,于37℃,50 ml/l co2,饱和湿度培养,2 d换液1次. 取对数生长期细胞进行实验. 按lipofectaminetm2000脂质体转染法,将5 μg psirna(13)和无意义对照质粒转染到hek293细胞中,6 h后更换正常培养基,12 h后荧光显微镜及流式细胞仪观察转染效率.
1.2.3rtpcr检测psirna1,2,3三个实验组及对照组分别收集细胞(细胞总数为1×107个)按trizol试剂操作步骤提取总rna,选用一步法rtpcr试剂盒. 具体参数及条件根据引物的tm值和扩增片断的大小进行调整.
1.2.4western blot检测收集各组细胞并以pbs洗涤及细胞裂解液裂解,提取总蛋白,电泳及转膜后进行常规免疫反应,显影、定影后将胶片进行扫描或拍照,用凝胶图象处理系统分析目标带的分子量和净吸光度值.
1.2.5mtt比色实验1×104 hek293细胞接种于96孔培养板, 37℃,50 ml/l co2,饱和湿度培养1 d. 按实验要求分别在细胞中加入终浓度为200 nmol/l的sirna,中止培养4 h前加入mtt,应用酶标仪进行检测. 检测490 nm波长处的吸光度a值, 计算 细胞增殖抑制率:增殖抑制率(%) = (1-a实验组/a对照组) ×100%.
1.2.6细胞凋亡检测3 ml培养液含5×105细胞培养于6孔板,用预冷的700 mg/l乙醇固定,4℃过夜,pi(50 mg/l)染色,分析亚二倍体峰. 调整细胞密度为5 ×106/ml,取1 ml细胞悬液,1000 r/min 4℃离心10 min,重复2次,将细胞重悬于200 μl结合缓冲液,加入10 μl膜连蛋白ⅴ (annexin v2f itc)和5 μl碘化丙锭(pi) ,避光室温反应15 min,加入300 μl结合缓冲液,流式细胞仪检测细胞凋亡情况.
1.2.7转染效率的检测试剂盒中提供带有增强型绿色荧光蛋白(egfp)的载体作为阳性对照用以监测转染效率. 按说明书转染, 24 h后收集细胞, pbs洗涤后固定在20 g/l多聚甲醛中,流式细胞仪检测.
统计学处理: 以spss11.0软件进行分析. 组间差异比较采用方差分析及lsdt检验,p<0.05为差异具有统计学意义.
2结果
2.1sirna转染效率流式细胞 分析 显示,几乎所有的细胞都摄取了gfp的绿色荧光. 由于sirna分子远小于质粒分子,故转染sirna时转染效率应大于70%(图1).
a: sirna1组; b: sirna2组; c: sirna3组.
图1各实验组sirna表达载体转染×200(略)
2.2tgfβ1 mrna及蛋白的表达特异性sirna处理后24 h tgfβ1 mrna表达水平明显降低,与非特异性sirna组mrna的表达水平相比较有显著差异(表1,图2). 特异性sirna转染24 h tgfβ1蛋白表达水平明显下调,与非特异性sirna转染组比较差异有统计学意义,tgfβ1 mrna及蛋白表达在实验组间无显著差异(表1,图3).
表1脂质体介导的sirna表达载体转染24 h后对tgfβ1表达的 影响 (略)
ap<0.05 vs 阴性sirna对照和阳性sirna对照.
a: 非特异性sirna对照; b: 特异性tgfbeta sirna1; c: 特异性tgfbeta sirna2; d: 特异性tgfbeta sirna3; m: dna marker.
图2rtpcr检测tgfβ1 sirna转染后tgfβ1 mrna表达(略)
a: 阴性sirna对照; b: 阳性gapdh sirna对照; c: 特异性tgfbeta sirna1; d: 特异性tgfbeta sirna2; e: 特异性tgfbeta sirna3.
图3western blot检测tgfβ1 sirna转染后tgfβ1蛋白表达(略)
2.3特异性sirna抑制细胞增殖特异性sirna转染hek293细胞24 h后,细胞增殖平均抑制率与非特异性sirna转染细胞组相比细胞增殖抑制明显增强(p<0.05,表2).
表2特异性sirna转染hek293细胞24 h后对细胞凋亡和增殖的影响(略)
ap<0.05 vs 阴性sirna对照+lipo.
3讨论
tgfβ1的纯化始于上世纪70年代末,是多功能生长因子的原型[4]. 纤维化的肾组织有较强tgfβ1表达,并与纤维化的程度相关[5],来自大鼠及人的成纤维细胞在经过tgfβ1处理后都显示出ⅰ型胶原和纤维蛋白合成增加.
fire等[6]发现rna分子操纵着许多细胞功能,可通过互补序列与dna结合,从而关闭或降解已表达的基因. 通过逆转录病毒表达载体,在人肿瘤细胞特异性抑癌基因kras v12,可以导致非依赖生长和成瘤性的丧失[7]. hiv1 ref mrna依赖sirna的有效降解在hiv1前体蛋白和产生sirna的结构共转染的细胞中获得[8]. 本 研究 根据sirna序列设计原则,候选sirna序列通过blast工具搜索,选取3个针对tgfβ1的sirna表达载体经转染入hek293细胞后,均起到rna干扰的作用,对tgfβ1 mrna和蛋白以及下游信号蛋白的活化水平都能明显抑制,明显下调细胞增殖并诱导细胞凋亡.
针对每个基因需要设计并检测多个sirna序列,由于每一sirna序列在与mrna结合过程中,发挥降解作用的效率不同. 因此,根据rnai设计原理一般设计3个位于不同位置rnai序列,进行载体构建,细胞转染,功能鉴定等. 3个rnai序列均有rna沉默的效果,只是效率不同,在转染入细胞后根据rtpcr或northern杂交检测mrna表达,用western杂交检测相应蛋白表达,才能确定rnai的效果[9].
由于mrna的二级结构及作用机制尚不完全清楚,如果可能,sirna应根据mrna低二级结构的区域设计[10]. 本研究采用的rnai序列在实验中显示出较高的抑制率,为肾纤维化的 治疗 提供了实验基础.
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