CN104195112A - 一种基于“睡美人”转座子系统制作高效转染各类细胞的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于“睡美人”转座子系统制作高效转染各类细胞的方法，采用BglⅡ和NotⅠ酶切位点以及NotⅠ和EcoRⅠ酶切位点在pT/HB转座子载体上加入长度为589bp的CMV启动子和长度为720bp的EGFP（增强型绿色荧光蛋白）基因，构建为全长4849bp的pT-CMV-EGFP重组载体；利用脂质体转染pT-CMV-EGFP转座子及辅助转座酶SB11，脂质体的用量为总DNA质量的3-4倍，转座酶SB11与转座子pT-CMV-EGFP质量比1:4体系转染贴壁细胞3T3，悬浮细胞H22和原代培养DC细胞。本发明方法经36-48小时培养后，利用倒置荧光显微镜和流式细胞仪检测，筛选得到一个较通用的转染体系，可高效稳定的转染各种细胞系，并具有较好的适用性和可操作性。

Description

一种基于“睡美人”转座子系统制作高效转染各类细胞的方法

技术领域

本发明涉及生物技术的基因工程领域，特别是一种基于“睡美人”转座子系统制作高效转染各类细胞的方法。

背景技术

本发明涉及生物技术的基因工程领域，特别是一种基于 “睡美人”转座子系统制作高效转染各类细胞的方法。

背景技术

转座子（transposon）又称为跳跃基因，是一种可在基因组内插入和切离并能改变自身位置的DNA序列。“睡美人”（Sleeping Beauty，SB）是现在公认应用最为广泛的转座子系统之一。近十五年大量的研究表明，“睡美人”不仅能在体外培养的鱼、小鼠和人等大多数脊椎动物的细胞中起作用，而且其介导的转基因能够稳定整合和长期表达，甚至整合的“睡美人”还能通过生殖细胞传递给后代，在后代中继续发挥作用。与其他转座系统的效率相比，“睡美人”在脊椎动物中的转座效率最高，且体内的转染效率要比体外高。

 一般用于基因转移和表达的“睡美人”系统包含带有T元件的转座子（transposon）和介导其转座的转座酶（transposase）两部分。本发明选用SB11转座酶，此酶在已初具转座酶活性的SB10基础上对其4个位点进行定点突变，活性比SB10提高了约3倍。pT转座子包含由两端带有32bp的反向重复序列（IR）及同向重复序列（DR）组成的末端反向重复序列（inverted terminal repeats，ITRS），ITRS的两个DR均可以和转座酶相结合，与细胞内的一种高度保守蛋白―高迁移率族蛋白（high mobility group，HMG）HMGB1结合形成突起复合物。转座酶催化释放转座子序列，并使其特异性地整合到基因组中的TA双核苷酸位点。转座子pT/HB从载体图谱可见，在多克隆位点（MCS）两端含有极为重要的IR/DR序列。但其中缺少能够启动插入基因表达的启动子，这也许会造成载体上目的基因的过低表达甚至不表达。

人类巨细胞病毒（CMV）启动子属于组成型启动子，它包含了三部分：CMV基因，IE1/IE2增强子，以及在IE94基因上游存在的一个强启动子，是上游调节区复合体的主要部分。IE1和IE2蛋白的表达受增强子的调控，可立即早期启动上游序列。因此CMV启动子被认为是启动真核基因表达最有力的启动子。其又因集中了细胞转录因子结合位点而具有异常高的活性，并且在多种类型细胞的影响条件下均有活性。所以通常被用于构建高效真核表达载体，广泛应用于在基因工程及基因治疗领域。

绿色荧光蛋白（Green Fluorecence Protein，GFP）由238个氨基酸构成，自身就是一个生物发光系统，附带有激发后能发射生物荧光的发光色基，无需荧光素酶的参与。增强型绿色荧光蛋白（Enhanced Green Fluorecence Protein，EGFP）经野生型绿色荧光蛋白突变，产生双氨基酸取代而成，其荧光比野生型强35倍，具有结构稳定，表达高效，无种系依赖性等特点。带有EGFP基因的载体不仅适用于细胞基因表达、蛋白定位检测和细胞示踪标记，更能以融合蛋白的形式直观有效的检测表达载体目的基因的表达水平。因此，可将增强型绿色荧光蛋白作为一种良好的细胞指示剂，进行体外或体内实验研究。

外源基因进入宿主细胞的主要四种方法是：电穿孔法、磷酸钙法、脂质体介导法和病毒介导法。由于电穿孔法和磷酸钙法的实验条件控制较严、难度较大；病毒介导的前期准备较复杂、而且可能对于细胞有较大影响，所以现在普遍采用的是脂质体法转染细胞。利用脂质体介导法关键要素就是防止其毒性的产生对细胞的影响，因此脂质体与质粒的比例，质粒总量，多质粒系统内各质粒比份量，以及细胞密度，转染的时间长短和培养基中血清的含量都是影响转染效率的重要问题。

对于所有转染而言，可能是因为细胞间膜结构的差异，悬浮细胞的转染效率较贴壁细胞要低得多，由于细胞分裂状态差异原代细胞更难于前两者。原代细胞的转染一般需要价格非常昂贵的专用试剂盒进行转染，且转染效率也不甚理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于“睡美人”转座子系统制作高效转染各类细胞的方法，构建一个含有可利用CMV启动的EGFP荧光表达转座子系统，并通过我们所优化获得的转染条件能高效稳定的转染各种细胞系。

具体技术方案：

一种基于 “睡美人”（Sleeping Beauty）转座子系统制作高效转染各类细胞的方法：

（1）通过基因工程手段构建含有EGFP荧光蛋白的pT载体，再加上可以高效启动目的基因表达的CMV启动子，形成完整的pT-CMV-EGFP转座子表达系统。利用PCR的方法从pEGFP-N1载体中利用 BglⅡ和NotⅠ酶切位点以及NotⅠ和EcoRⅠ酶切位点在pT/HB转座子载体上分别插入长度为589bp的CMV启动子和长度为720bp的EGFP（增强型绿色荧光蛋白）基因，构建全长为4849bp的pT-CMV-EGFP重组载体。

（2）采用脂质体介导法转染细胞，优化后的转染方案为：脂质体的用量为总DNA质量的3-4倍，转座酶（SB11）与转座子（pT-CMV-EGFP）质量比为1:4的体系转染3T3细胞系，H22细胞系，以及原代培养的树突状细胞（DC）。

本发明按上述方法制备的转染细胞经36-48小时培养后，利用荧光显微镜和流式细胞仪检测，筛选得到一个转染各种细胞系较通用的体系，可高效稳定的转染，具有较好的适用性和可行性。

附图说明

图1 为本发明的pT/HB载体图谱。

图2为本发明的pT-CMV-EGFP载体酶切鉴定图。

图3为本发明的pT-CMV-EGFP载体构建流程示意图。

图4为本发明的3T3细胞表达EGFP的荧光显微镜图。

图5为本发明的H22细胞表达EGFP荧光的流式检测图。

图6为本发明的DC细胞表达EGFP荧光的流式检测图。

具体实施方式

一种基于 “睡美人”转座子系统的高效转染各类细胞的方法，所需相关材料：

SB11及pT/HB质粒购自addgene公司；

pMD19-T克隆载体购自日本宝生物公司；

pEGFP-N1质粒由广西大学动物遗传育种与繁殖实验室馈赠；

Lipofectamine LTX试剂盒购自Invitrogen公司；

3T3及H22细胞系由中国科学院昆明动物所惠赠；

树突状细胞（DC）Balb/c小鼠由昆明医学院提供。

根据表达载体pEGFP-N1图谱和序列设计一对含有BglⅡ/ NotⅠ酶切位点的引物，从pEGFP-N1质粒中PCR扩增并回收得到589bp的目的片段DNA，此片段包括CMV增强区，CMV全序列及TATA box。目的片段连在pMD19-T克隆载体上构成pMD-CMV；再根据表达载体pEGFP-N1图谱和序列设计一对含NotⅠ/EcoRⅠ酶切位点的引物，从中钓取长度约720bp的EGFP基因全长，连接于pMD19-T克隆载体中，构成pMD-EGFP。通过限制性内切酶BglⅡ/ NotⅠ以及NotⅠ/ EcoRⅠ双酶切后再连接的方法，构建pT-EGFP（用于对照）和pT-CMV-EGFP表达重组子。酶切鉴定结果，泳道1、3、4为pT-CMV-EGFP线性化条带，约为4900bp；泳道2为BglⅡ/ EcoRⅠ双酶切结果，较大条带3500bp，较小条带1300bp；泳道5、6分别为BglⅡ/ NotⅠ和NotⅠ/ EcoRⅠ双酶切结果，较小条带分别为CMV约590bp及EGFP为720bp。最终测序结果比对CMV，EGFP序列无误，成功构建的pT-CMV-EGFP转座子载体可用于后续转染实验。

用于PCR扩增的引物序列为：

CMV-BglⅡ：5'-GAAGATCTTAGTTATTAATAGTAATCAAT-3'

CMV-NotⅠ：5'-ATTTGCGGCCGCGATCTGACGGTTCACTA-3'

EGFP-NotⅠ： 5'-ATTTGCGGCCGCGTCGCCACCATGGTGAG-3'

EGFP-EcoRⅠ：5'-CGGAATTCTTACTTGTACAGCTCGT-3'

1、确实脂质体与总DNA优化质量比

采用脂质体介导转染方法，Lipofectamine LTX脂质体与总DNA质量比例分别为2:1 、3:1 和4:1，携带pEGFP-N1荧光表达载体转染3T3细胞系。本次转染实验共转染六孔，每个配比做两个复孔。去内毒素抽提的pEGFP-N1质粒浓度为0.23μg/μl，贴壁的3T3细胞以每孔8x10⁵提前接种于24孔板上，待细胞融合度达80%时，每孔转染DNA总量1μg。经40小时后，通过流式细胞仪检测绿色荧光的发射波长，鉴定转染后表达荧光的细胞阳性率。

检测结果显示，脂质体和总DNA质量2:1配比的转染细胞阳性率为27%及29.9%；脂质体和总DNA质量3:1配比的转染细胞阳性率为35.7%及37.6%；脂质体和总DNA质量4:1配比的转染细胞阳性率为38.1%及42.9 %。从结果上可明显看出，脂质体和总DNA质量比为3:1和4:1时，转染效率明显高于2:1混合比，所以确定了脂质体的用量为总DNA质量的3-4倍最适宜。过低影响转染效率，过高超出脂质体说明书建议使用范围，易造成对细胞毒性较高以及试剂浪费。

由于公认的细胞转染难度从贴壁细胞系，悬浮细胞系直到原代培养的细胞依次递增，本发明需要实现在原代培养的树突状细胞（DC）中转染目的基因表达，因此，以下实施选择在悬浮细胞系（H22）中完成。

2、确实pT-CMV-EGFP与转座酶SB11的最佳质量比

本发明在辅助转座酶 SB11质粒和pT-CMV-EGFP质粒比例4:1、1:1、1:4、1:8和1:12中，确定一个转染效率最高的配比量。采用脂质体介导转染方法，Lipofectamine LTX脂质体与总DNA质量选取 4:1混合比，辅助转座酶 SB11和pT-CMV-EGFP表达载体比例4:1、1:1、1:4、1:8和1:12，每个配比三个复孔，转染H22细胞系。去内毒素抽提的SB11和pT-CMV-EGFP质粒浓度分别为0.69μg/μl和0.196μg/μl，H22细胞以每孔1x10⁶提前接种于24孔板上，每孔转染DNA总量1μg。经42小时后，通过流式细胞仪检测绿色荧光的发射波长，鉴定染后表达荧光的细胞阳性率。

检测结果显示，辅助转座酶 SB11质粒和pT-CMV-EGFP质粒比例4:1、1:1、1:4、1:8和1:12中，1:4配比下，阳性细胞率和平均荧光强度（MFI）都明显高于其他配比组，达到47.7%。所以确定了辅助转座酶SB11质粒和pT-CMV-EGFP质粒配比在1:4时最佳。

采用业界公认转染难度较大的原代培养树突状细胞（DC）为靶细胞。从Balb/c小鼠股骨/胫骨骨髓中冲出混合样细胞做DC细胞诱导培养，以每孔1x10⁶细胞数接种于24孔板上，在诱导的第3天和第5天上述确定的体系：Lipofectamine LTX脂质体与总DNA比例4:1，辅助转座酶 SB11质粒和pT-CMV-EGFP质粒比例1:4，每孔DNA总量为1μg，转染DC细胞两次，每次转染时用不含血清的培养基预混DNA稀释液50μl和脂质体稀释液50μl，并将两者混合室温孵育30min后滴加至细胞培养液中，6小时后更换为新鲜的完全培养基。以同样方式设置相同体系下未连入CMV启动子的pT-EGFP质粒为同型对照转染组（pT-EGFP质粒浓度为0.77μg/μl），至第7天时，收集细胞，通过流式细胞仪检测携带绿色荧光蛋白的细胞数比例，以及用DC细胞特异结合抗体CD11C标记检测经诱导的混合细胞样中，DC细胞携带标签基因的阳性率。

检测结果显示，脂质体与总DNA质量4:1混合，辅助转座酶 SB11质粒和pT-CMV-EGFP/pT-EGFP质粒1:4配比体系下，转染两次后，DC细胞约占68-90%，混合细胞阳性率平均为14.8%及3.2%，同时，可见经诱导转染的细胞中，DC细胞阳性率平均为23.4%及6.2%。携带CMV启动子并遵照本说明优化方案转染DC的细胞阳性率明显更为理想，也高于大部分实验中提到的原代细胞转染率不及10-15%的结果。

以上说明，本发明中构建的pT-CMV-EGFP转座子在联合SB11转座酶按上述优化后的体系转染，不仅可对常规细胞系起效，也可使目的基因在转染难度较大的原代半贴壁细胞中高效表达。

Claims (1)

1.一种基于“睡美人”转座子系统制作高效转染各类细胞的方法，其特征在于：

（1）利用 BglⅡ和NotⅠ酶切位点以及NotⅠ和EcoRⅠ酶切位点在pT/HB转座子载体上加入长度为589bp的CMV启动子和长度为720bp的EGFP（增强型绿色荧光蛋白）基因，构建全长为4849bp的pT-CMV-EGFP重组载体；

（2）利用脂质体转染pT-CMV-EGFP转座子及辅助转座酶SB11，脂质体的用量为总DNA质量的3-4倍，转座酶SB11与转座子pT-CMV-EGFP质量比1:4体系转染贴壁细胞3T3，悬浮细胞H22和原代培养细胞DC。