CN106893740A - 一种条件性过表达aqp4转基因小鼠的模型制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种条件性过表达AQP4转基因小鼠的模型制作方法。(1)插入基因片段的启动序列为胶质纤维酸性蛋白(GFAP)启动序列,可保证该基因片段的表达局限在神经系统中的星形胶质细胞内;(2)所转基因片段含有强力霉素诱导表达系统,在上述特定的组织内,rtTA3G在特异启动子驱动下表达,此时rtTA3G的构象不能结合到pTRE3G启动子上;当加入强力霉素后,改变rtTA3G的构象,使其结合到pTRE3G启动子上,启动Aqp4的表达,以实现时间和空间上的诱导表达。由本发明所制备的条件性过表达小鼠在实际应用中有助于研究AQP4蛋白在脑内水平衡、星形胶质细胞功能、代谢废物清除、物质转运以及神经精神类疾病发病等方面的作用机制以及靶向AQP4药物的临床前药效评价,提供有效的模式动物。
Description
技术领域
本发明涉及转基因技术领域,具体涉及建立一种脑内条件性过表达水通道蛋白4(aquaporin 4,AQP4)蛋白生物模型的方法。
背景技术
模型小鼠是研究疾病发病机制、治疗策略必不可少的工具,目前建立模型小鼠的主要方法是转基因技术。
水通道蛋白(aquaporins,AQPs)是一组参与跨膜水转运的四聚体结构膜通道蛋白家族,目前已经从哺乳动物组织中分离得到了13种AQPs(AQP0--AQPl2)。根据其一级结构及转运功能的不同,将其分成3类:水特异性通道蛋白、水甘油通道蛋白以及超水通道蛋白。
AQP4属于水特异性通道蛋白。aqp4基因定位于18q11.2和q12.I之间,由4个外显子和3个内含子组成,外显子分别编码127,55,27,92位氨基酸序列。AQP4蛋白由4个相对分子质量约30 000的单体组成,每个单体具有各自独立的水通透性,其单体结构包括6个跨膜区域和5个环(A、B、C、D、E环)。其中B、D环及羧基、氨基末端均在胞内,A、C、E环位于胞外。整个分子呈对称镜像结构,且B、E环显著疏水,参与调解水通道活性。在B、E环上各自拥有一个由天冬酰胺-脯氨酸-丙氨酸组成的序列,该序列为AQPs家族成员共有的特征性结构。
AQP4是分布于中枢神经系统的主要水通道蛋白,特异性分布于星形胶质细胞足突和室管膜,参与中枢神经系统内水分子的跨膜转运,是脑脊液的生成吸收、渗透压的调节、脑水肿的形成及清除等病理生理过程的分子基础。近来研究表明,AQP4调控星形胶质细胞的系列生理功能,如介导水快速转运、维持细胞外液离子平衡、影响神元活动和突触重塑、参与成年的神经发生等。此外AQP4还可能参与了脑中风、视神经脊髓炎、阿尔茨海默病等多种神经系统疾病的病理进程。
发明内容
技术问题:本发明的目的在于提供一种条件性过表达AQP4转基因小鼠的模型制作方法,通过转基因技术建立AQP4条件性过表达小鼠模型,以获得一种可稳定遗传、对其中枢神经系统内AQP4蛋白表达时间可控的小鼠模型。该模型将可用于研究该蛋白在体功能分析、疾病发病机制探讨、药物新靶点发现及临床前药效评价等研究,具有十分重要的科学意义和临床价值。
技术方案:本发明的一种条件性过表达AQP4转基因小鼠的模型制作方法,包括以下步骤:
第1步:hGFAP-mAQP4(hGFAP代表人源性的胶质纤维酸性蛋白基因启动子,mAQP4代表鼠源性的水通道蛋白4基因)转基因载体构建;
第2步:转基因载体原核显微注射;
第3步:品系基因鉴定,最终建立小鼠基因组中带有外源AQP4基因的遗传性小鼠突变模型。
第1步中所述的转基因载体的构建方法是:合成5'UTR-Aqp4CDS-3'untranslatedand polyA sequence(5’非编码区-Aqp4基因编码区-3’非编码区以及多聚腺嘌呤核糖核苷酸结尾序列),连接到pTRE3G(四环素依赖诱导表达载体),然后将以上序列片段酶切下来连接到pInsulator(绝缘子载体),合成人源GFAP(胶质纤维酸性蛋白)启动子序列,与CMV(增强子)融合后连接到rtTA3G-polyA(四环素依赖诱导表达载体-多聚腺嘌呤核糖核苷酸结尾序列表达载体)上,再将片段酶切下来,连接到上一步构建好的载体中,完成整个载体的构建。
第2步所述的转基因载体原核显微注射是:将外源线性转基因载体注射到C57BL/6(品系名称)小鼠受精卵细胞核内;外源性基因会随机插入到小鼠基因组中,最终构建的hGFAP-mAQP4转基因小鼠能够在摄入强力霉素后过表达AQP4(水通道蛋白4)蛋白,便于进行后续的蛋白印迹实验。
第3步所述的基因鉴定是:出生的首代hGFAP-mAQP4转基因阳性的小鼠即为首建鼠;每只首建鼠都将被视为一个独立的品系进行繁育,对每只首建鼠品系都进行剪尾基因鉴定。
有益效果:本发明提供可条件性诱导过表达AQP4蛋白的模型小鼠,实现了通过人为时间点调控,对不同月龄小鼠进行条件诱导增加其脑内AQP4蛋白表达水平,观察其小鼠在基础状态以及神经精神疾病模型状态下星形胶质细胞生物学特性和功能产生何种影响。该模型的建立,有助于研究中枢神经系统疾病发病机制、药物新靶点发现及临床前药效评价等。
附图说明
图1.转基因小鼠制作流程。
图2.hGFAP-mAqp4转基因小鼠载体构建策略。其中pTRE3G是启动子,Aqp4是待表达的序列,后跟3'UTR和polyA序列,CMV为增强子,gfap promoter为人胶质纤维酸性蛋白启动子,rtTA3G是表达四环素作用位点序列,polyA为终止信号。前后两个蛋白是独立表达,但是方向相反。
图3.载体构建终载体图谱。
图4.hGFAP-mAqp4转基因小鼠鉴定结果:PCR电泳图。
具体实施方式
本发明所述转基因小鼠模型的具体构建过程如下:
1.获得目的基因:将pTRE3G(启动子),mouse Aqp4CDS,3’-untranslated andpoly-A Sequences,polyA,rtTA3G(启动子),Kozak,Human Gfap promoter,CMV Enhancer片段通过SLIC反应连接到pMD18-T上,再通过限制性内切酶的作用将目的片段连接到pInsulator vector上,纯化线性DNA片段。
2.制备显微注射用的DNA溶液。
3.应用显微注射的方法将线性化的目的基因片段注入到小鼠受精卵的原核中,使其与小鼠基因组整合,随着细胞不断分裂,每个细胞将携带该片段。
4.将经显微注射后成活的受精卵植入假孕鼠的输卵管的壶腹部,产生F0代转基因小鼠,该小鼠基因组中整合有外源性表达序列。
5.品系基因鉴定,最终建立小鼠基因组中带有外源基因的小鼠模型,出生的首代hGFAP-mAQP4转基因阳性的小鼠即为Founder小鼠;每个Founder都将被视为一个独立的品系进行繁育,对每个founder品系都进行剪尾的PCR鉴定。
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。
第1步:hGFAP-mAQP4转基因载体构建
一、高效克隆in-Fusion HD Cloning Kits简介
和传统的几种克隆方式相比较,比如:TA克隆;限制性酶切克隆;平滑末端克隆。传统克隆,有如下缺点:连接效率低;耗时较长;需要特定限制性酶切位点。
in-Fusion HD Cloning Kits是一款简便高效的克隆试剂盒,能够将单个或者多个DNA片段快速定向克隆到任意载体中。In-Fusion克隆技术的基础是Clontech的In-Fusion专利酶,此酶通过识别DNA片段和线性化载体末端15bp同源序列将DNA片段和线性化载体高效精确地融合在一起。15bp同源序列是通过扩增目的片段所设计的引物来获得的。升级后的In-Fusion HD Kits的克隆效率高于之前的In-Fusion Kits,尤其表现在长片段、短核苷酸片段和多重片段克隆上。克隆任意片段到您选择的任意载体中的任意位置;可有效克隆的片段大小范围非常宽泛;通过单次反应将多重DNA片段克隆到任意载体中;无需进行限制性酶切处理、磷酸化处理或者连接反应;最终的重组载体不附加任何冗余或者不需要的碱基序列。
二、hGFAP-mAQP4转基因载体构建
1.引物设计
使用infusion网站
(http://bioinfo.clontech.com/infusion/convertPcrPrimersInit.do)设计对应的引物。所有的PCR扩增反应都是用Q5(M0492S,NEB,USA)高保真酶扩增,确保没有碱基突变。每一个PCR片段都测序,以保证没有碱基突变。
2.克隆小鼠AQP4基因
在http://www.informatics.jax.org/查询小鼠AQP4基因MGI(107387),NCBI(NM_009700.3)。AQP4只有一个转录本MGI(ENSMUST00000079081.6);NIBI(NP_033830.2),该转录本有5个exon,4个intron,有323aa,片段大小是5082bp。以小鼠(C57/Bl6)基因组cDNA为模板,设计引物扩增,PCR法扩增AQP4片段。同时以小鼠基因组文库为模板,PCR法扩增AQP4片段的5’UTR和3’UTR。PCR法扩增AQP4片段的3’UTR,并在长链引物后面添加polyA序列。
使用infusion试剂盒将上述三段5’UTR区域,小鼠(C57/Bl6)基因组cDNA,3’UTR-polyA区域先连接在pTRE载体上。并测序验证,确保序列不存在碱基突变。此处使用到的infusion引物:
5’UTR-AQP4-F:acttcctaccctcgtaaagtcgacggaaggcatgagtga
AQP4-R:agtgctgtcctctagtcatacggaagacaatacctctcccg
AQP4-3’UTR-F:ctagaggacagcactgaaggcagaagagactccctagac
AQP4-3’UTR-R:gactagagcttgcggaacccttattaggttctgacagt
3.克隆pTRE3G的DNA序列
以pTRE3G常规质粒为模板,PCR法扩增pTRE3G片段。
此处使用到的infusion引物:
pTRE3G-F:tctagcgagatcgatgcggccgcgagttt
pTRE3G-R:tcactcatgccttccgtcgactttacgagggtaggaa
4.克隆rtTA3G的DNA序列;human Gfap promoter的DNA序列;CMV Enhancer分别以rtTA3G,human Gfap promoter,CMV Enhancer常规质粒骨架为模板,PCR法克隆每个片段,将三个片段连接在一起。
此处使用到的infusion引物:
CMV-Kozak-human Gfap promoter-F:ggtggcggccctgctctggctctgctcgctcctgggatg
human Gfap promoter-R:ctcccacctccctctctgtgctgggactcacagag
rtTA3G-F:tcagcgagctctagttacccggggagcat
rtTA3G-R:agcagggccgccaccatgtctagactggacaagagcaaagtc
5.连接pIns-mAqp4-rtTA3G-hGFAP-CMVe TG final
将(第3步骤)pTRE3G,(第2步骤)AQP4基因,(第4步骤)rtTA3G的DNA序列;humanGfap promoter的DNA序列;CMV Enhancer序列组合连接在一起,构建在pTRE载体上。
第2步:转基因载体原核显微注射
将外源线性hGFAP-mAQP4转基因载体注射到C57BL6/j小鼠受精卵细胞核内;外源的hGFAP-mAQP4基因会随机插入到小鼠基因组中,最终构建的转基因小鼠能够在神经系统内星型胶质细胞上过表达AQP4蛋白,便于进行后续的蛋白印迹分析实验。
第3步:品系基因鉴定
1.剪尾并抽取121只小鼠基因组DNA:幼仔出生16天左右进行编号剪脚趾;将所剪小鼠尾尖样本加EB(裂解液)55μl(裂解液100:1加入蛋白酶K),55℃裂解过夜;第二日将样本取出,12000r/min,离心1min;将样本取出,加入700μl酚/氯仿(1:1配制),混匀;12000r/min,离心5min.取上清至1.5mlEP管,加2倍体积无水乙醇。轻轻混匀,会有絮状沉淀出现;12000r/min,离心5min.弃上清;加700μl 70%冰乙醇,混匀,12000r/min,离心5min;弃上清,12000r/min,离心1min;超净台晾干,加入80μl EB缓冲液/ddH2O,60℃溶解0.5h。
2.PCR鉴定:以小鼠基因组DNA为模板,进行PCR扩增鉴定。采用特定引物及体系扩增(如下表所示),电泳跑胶,鉴定结果显示#111、#122、#165为阳性鼠(说明书附图4)。至此,hGFAP-mAQP4转基因小鼠模型构建成功。
3.该小鼠鉴定的PCR反应体系以及所用引物信息如下:
PCR反应体系
PCR引物信息
PCR反应条件
构建载体序列表
Claims (4)
1.一种条件性过表达AQP4转基因小鼠的模型制作方法,其特征在于该制作方法包括以下步骤:
第1步:hGFAP-mAQP4转基因载体构建;
第2步:转基因载体原核显微注射;
第3步;品系基因鉴定,最终建立小鼠基因组中带有外源AQP4基因的遗传性小鼠突变模型。
2.根据权利要求1所述的一种条件性过表达AQP4转基因小鼠的模型制作方法,其特征在于第1步所述的转基因载体的构建方法是:合成5'UTR-Aqp4CDS-3'untranslated andpolyA sequence,连接到四环素依赖诱导表达载体pTRE3G,然后将以上序列片段酶切下来连接到绝缘子载体pInsulator,合成人源胶质纤维酸性蛋白GFAP启动子序列,与增强子CMV融合后连接到四环素依赖诱导表达载体-多聚腺嘌呤核糖核苷酸结尾序列表达载体rtTA3G-polyA上,再将片段酶切下来,连接到上一步构建好的载体中,完成整个载体的构建。
3.根据权利要求1所述的一种条件性过表达AQP4转基因小鼠的模型制作方法,其特征在于第2步所述的转基因载体原核显微注射是:将外源线性转基因载体注射到C57BL/6小鼠受精卵细胞核内;外源性基因会随机插入到小鼠基因组中,最终构建的hGFAP-mAQP4转基因小鼠能够在摄入强力霉素后过表达AQP4蛋白,便于进行后续的蛋白印迹实验。
4.根据权利要求1所述的一种条件性过表达AQP4转基因小鼠的模型制作方法,其特征在于第3步所述的基因鉴定是:出生的首代hGFAP-mAQP4转基因阳性的小鼠即为首建鼠;每只首建鼠都将被视为一个独立的品系进行繁育,对每只首建鼠品系都进行剪尾基因鉴定。
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