CN109182340B - 一种ox40基因修饰人源化动物模型的构建方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种OX40基因修饰人源化动物模型的制备方法,该方法利用CRIPSR/Cas9技术,通过构建打靶载体,利用同源重组的方式将小鼠OX40基因的外显子1-7替换为人OX40基因片段,从而制备出基因修饰人源化小鼠,该小鼠能正常表达含有人OX40蛋白功能域的蛋白,可以作为OX40信号机理研究,调节剂筛选,毒理研究的动物模型,这对于研究OX40基因的功能,以及新药研发具有重要的应用高价值。
Description
技术领域
本发明涉及动物模型领域,尤其涉及一种OX40基因修饰人源化动物模型的构建方法和应用。
背景技术
人源化动物模型是指带有人类功能性基因、细胞或组织的动物模型。这种模型通常作为研究人类疾病的活体替代模型,在阐明发病机制、药物筛选等方面具有巨大的优势和广泛的应用前景。
研究人类复杂疾病的发病机制,筛选有效药物,需要理想的动物模型来进行大量的体内试验。小鼠是应用最为广泛的生物模型之一,但考虑到小鼠与人类在生理、病理等诸多方面存在差异,构建具有人类功能性基因、细胞或组织的人源化小鼠模型尤为重要。利用基因修饰的方法,将人类基因“放置”在大、小鼠染色体上所制备的人源化基因动物模型,是进行一些人类疾病研究的方法。
OX40,别名TNFRSF4(Tumor Necrosis Factor Receptor Superfamily Member 4)或者CD134,是TNFR/TNF超家族的一个极其重要的受体分子。OX40在CD4+和CD8+T细胞免疫应答中起重要作用,其影响T细胞依赖的B细胞的增殖和分化,此外OX40还促进凋亡抑制剂BCL2and BCL2lL1/BCL2-XL的表达,从而抑制细胞凋亡。
临床研究表明,OX40的激动可导致免疫效应和记忆功能的刺激,减少免疫抑制调节性T细胞(多出现在肿瘤中)。OX40激动剂在癌症中的作用已日益受到重视,目前多种激动剂处于研发阶段或已开始在临床试验中用于癌症治疗。
为了使临床前期的试验更有效并使治疗失败最小化,提供一种OX40基因人源化的改造动物模型非常重要,目前尚缺乏真正意义上的OX40基因人源化小鼠。虽然有文献报道制备人源化OX40基因的动物模型,但是其动物模型中OX40基因并未实现全部外显子的人源化,仅仅制备了第1号外显子的部分序列、第2号外显子、第3号外显子、第4号外显子、第5号外显子的部分序列来自人源的OX40基因动物模型。这种动物模型还是未做到OX40基因及其表达产物尽可能与人相同的效果。
我们构建了针对mouse OX40基因的gRNA和携带human OX40片段的Donor vector,利用CRISPR/Cas9技术和囊胚注射技术,将mouse OX40基因的E1-7coding region替换为human OX40片段。在替换的同时保留了mouse OX40基因的UTR区域,保证了human OX40表达受小鼠自身启动子和调控序列控制。同时,我们对于CRISPR/Cas9技术中用到的各个原件包括gRNA等进行了充分的优化和调整,保证采用该技术制备人源化OX40基因动物模型的成功率和准确率。
发明内容
本发明提供了一种人源化小鼠OX40基因的DNA序列,其特征在于,该DNA序列编码的蛋白含有人OX40蛋白的功能域,其是将小鼠OX40基因的外显子1-7的编码区替换为人OX40片段,在替换的同时保留了小鼠OX40基因的UTR区域,保证人OX40表达受小鼠自身启动子和调控序列控制。
还提供了包含权利要求1所述DNA序列的载体。
提供所述DNA序列或所述载体在制备OX40基因修饰人源化的动物模型中的用途。
本发明还提供一种制备OX40基因修饰人源化动物模型的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)构建表达针对鼠源OX40基因的sgRNA的质粒;
(2)将人源OX40基因的DNA序列、鼠源OX40基因的3’同源臂和5’同源臂连接至质粒上,构建人源化OX40基因的载体。
(3)将步骤(1)所述质粒体外转录获得的sgRNA与步骤(2)的载体以及Cas9mRNA注射至鼠受精卵细胞质或细胞核中,移植入受体母鼠生产OX40基因修饰人源化鼠模型;
所述载体能够将鼠源OX40基因的外显子1-7的编码区替换为人源OX40的片段,在替换的同时保留鼠源OX40基因的UTR区域,保证人源OX40表达受鼠自身启动子和调控序列控制。
优选地,其中针对鼠源OX40基因的sgRNA的序列如SEQ ID NO:1和SEQ ID NO:2所示。
优选地,其中步骤(2)中所述5’同源臂通过引物对SEQ ID NO:7和SEQ ID NO:8扩增小鼠基因组DNA获得,所述3’同源臂通过引物对SEQ ID NO:9和SEQ ID NO:10扩增小鼠基因组DNA获得。
优选地,所述载体的制备步骤如下:
①以小鼠基因组为模板,分别利用引物对SEQ ID NO:7和SEQ ID NO:8、引物对SEQID NO:9和SEQ ID NO:10进行PCR,得到特异的PCR条带,分别命名为H1、H3片段,H1为5’端同源臂,H3为3’端同源臂;
②以人源OX40BAC为模板,利用引物对SEQ ID NO:11和SEQ ID NO:12进行PCR,得到特异的PCR条带,片段命名为H2,H2为hOX40序列片段;
③以pMD18-T vector为模板,利用引物对SEQ ID NO:13和SEQ ID NO:14进行PCR,得到特异的PCR条带,片段命名为18T骨架;
④将H1、H2、H3、18T骨架共四个片段连接,构建质粒Human OX40-Cas9-KI-(S4-S8)donor;
⑤酶切Human OX40-Cas9-KI-(S4-S8)donor,产物大小4284+2720bp,回收4284bp片段;酚:氯仿抽提,溶于Rnase free的水中,直接用于注射。
优选地,其中步骤(1)中构建表达sgRNA的质粒的过程如下:
1)BsaI线性化pUC57-gRNA-T7载体,并用CIAP去磷酸化;
2)退火:序列如SEQ ID NO:3和4的上下游引物、以及序列如SEQ ID NO:5和6的上下游引物分别稀释成100umol,退火;
3)加磷酸:退火产物进行加磷酸处理
4)连接:取加磷酸后的产物与线性化并去磷酸处理的pUC57-gDNA-T7进行连接,分别获得表达序列如SEQ ID NO:1所示的sgRNA的质粒1和序列如SEQ ID NO:2所示的sgRNA的质粒2。
优选地,所述方法进一步包括利用引物鉴定所述动物模型的步骤
本发明还提供所述的DNA序列或者所述制备OX40基因修饰人源化动物模型的方法在评估靶向OX40的药物有效性、OX40靶向药物筛选开发、免疫检查点肿瘤药物联用的开发、或OX40靶向药物的毒理研究中的应用。
另外,本发明还提供了特异性靶向小鼠OX40基因的sgRNA,其序列如SEQ ID NO:1或SEQID NO:2所示。
本发明具有以下积极效果:
1、本发明的动物模型,其OX40基因的第1-7号外显子全部被人为替换成人源OX40基因第1-7外显子,同时保留小鼠OX40基因的UTR区域,能在动物体内表达含有人OX40蛋白功能域的OX40蛋白,同时保证人OX40表达受小鼠自身启动子和调控序列控制。采用本方法能最大程度减少人源化可能造成的基因转录的影响;同时使表达出的蛋白最大程度的接近人OX40蛋白。
2、本发明提供了优化的制备人源OX40基因动物模型的具体操作方法,该方法中优化了sgRNA、donor vector的制备,确保了动物模型的成功率。
3、本发明的方法制备的OX40基因修饰人源化动物模型可作为标准的模型动物,应用于OX40信号机理研究。可作为标准的模型动物,接种C57BL6背景的同源性肿瘤进行造模,如接种MC38、B16F10等细胞系,造模后可应用于:
A.OX40靶向药物筛选开发;
B.免疫检查点肿瘤药物联用的开发、评价;
C.OX40靶向药物的毒理研究等方面,推进开发进程,在减少时间成本的同时降低药物开发的风险。
附图说明
图1为humanized OX40donor制备策略图。
图2为输卵管移植示意图。
图3为鼠尾DNA PCR鉴定的引物设计示意图:引物对Pair1和Pair3基因鉴定5’端的正确中靶,以及H1与human OX40片段的正确拼接;Pair2和Pair4基因鉴定3’端的正确中靶,以及H3与human OX40片段的正确拼接。。
图4(a)和图4(b)为鼠尾DNA PCR鉴定的结果图:注:B6为阴性对照,是B6基因组DNA;N为空白对照,无模板的对照;DL2000条带,2000bp\1000bp\750bp\500bp\250bp\100bp。
图5为用于人源化鉴定的引物位置示意图,引物(mouse Ox40-RTF1、human OX40-RTR2)位于鼠源OX40 mouse-Exon1、人源OX40 Human-Exon7内,引物(Human OX40-RTF2、mouse Ox40-RTR1)位于人源OX40 Human-Exon2、鼠源OX40 mouse-Exon7内。
图6为OX40 mouse-human chimeric mRNA的RT-PCR电泳图。
图7为测序比对结果。
图8(a)和图8(b)为雌性小鼠流式细胞仪检测的细胞分群图片。
图9(a)和图9(b)为雄性小鼠流式细胞仪检测的细胞分群图片。
图10为肿瘤的生长及小鼠体重的数据变化趋势。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
实施例1:Guide RNA、Cas9mRNA以及Donor vector制备
一、Guide RNA(sgRNA)
1、sgRNA序列
通过多次试验确定出最适合的sgRNA序列:
ox40-S4 sgRNA:cccacagcccttctgctgct ggg
ox40-S8 sgRNA:cacagacgcacactttactc tgg
2、sgRNA构建
(1)准备工作:Bsa I线性化pUC57-gRNA-T7载体,并用CIAP(TaKaRa,Cat#2250A)去磷酸化。
(2)退火:上下游引物稀释成100umol,按照1:1比例。95℃退火5min。(去热盖)
(3)加磷酸:去退火产物2ul进行加磷酸处理(TaKaRa,Cat#2021S),体系如下:
PCR仪去热盖,程序:37℃30min。
(4)连接
取加磷酸后的产物与线性化并去磷酸处理的pUC57-gDNA-T7进行连接。
体系:
pUC57-gDNA-T7 | 2ul |
DNA | 6ul |
T4 | 1ul |
T4Buffer | 1ul |
16℃连接至少4h,化学转化涂Kan板。
(5)PCR克隆鉴定,送阳性克隆测序。
引物:pUC57-T7-F、sgRNA的下游引物
体系:普通Taq酶体系
程序:普通Taq酶程序
sgRNA引物
(6)测序结果比对
比对测序结果,将阳性的克隆提取质粒。准备模板进行转录。
3、sgRNA转录:
3.1质粒线性化及纯化
(1)采用Ambion MEGA shortscript T7kit(Ambion,Cat#AM1354)进行转录。
(2)取约50ug质粒DNA进行酶切(不用去磷酸化处理),酶切体系视DNA的浓度而定,大概400-500ul体系即可,37℃酶切过夜。
(3)分别加入(以500ul体系为例):PK(10mg/ml)10ul(终浓度为200ug/ul)10%SDS5ul(1:100的比例)混匀,50℃温育30min.
(4)加入等体积(以500ul为例)酚/氯仿,充分混匀,12000rpm离心10min;
(5)小心吸取上清至一个新的1.5ml EP管(RNeasy-free),加入等体积的氯仿再次抽提;
(6)小心吸取上清(注意不要吸取过于彻底,可留一部分上清)至一个新的1.5mlEP管,加入1ml无水乙醇,混匀,12000rpm离心10min;
(7)倒掉上清,吸取700ul无水乙醇及300ul RNeasy-free water,混匀,12000rpm,离心10min.倒掉上清,盖上盖子空离15s,用枪头吸取残留的液体,室温晾干月3分钟,加入20ul RNeasy free water溶解DNA。
(8)测取DNA浓度,DNA OD260/280应介于1.8-2.0范围内,并计算DNA的浓度,将DNA的浓度稀释至1ug/ul。
3.2配液及温育
(1)试剂解冻
室温解冻T710X Reaction Buffer、四种核苷酸和水。T7Enzyme Mix置于冰上。
(2)室温下配置反应液
按照顺序加入各种试剂,为了方便起见,可以将四种核苷酸预混,加入8ul到20ul反应体系。
(3)彻底混匀手指轻弹或者用移液器轻轻上下吹打混匀,离心混合液。
(4)37℃温育4-6小时。
(5)加入2ul TURBO DNase,混匀后,37℃温育30min。此步目的为去除模板DNA。
3.3RNA的纯化
(1)使用Ambion的MEGAclear kit(Ambion,Cat#AM1908)进行纯化。
(2)第一次使用前,加入20ml ACS级别的100%无水乙醇入Wash SolutionConcentrate,混匀备用;
(3)将RNA样品溶于100ul Elution Solution,轻柔混匀;
(4)加入350ul Binding Solution Concentrate,用移液器轻柔的混匀;
(5)加入250ul 100%无水乙醇,用移液器轻柔的混匀;
(6)样品过滤:
a:将1个滤芯插入收集管;
b:将RNA样品用移液器转移至滤芯;
c:10000-15000g离心15s-1min;
d:倒掉滤液,将收集管重复利用;之后进行RNA的洗涤;
(7)用2×500μL Wash Solution洗涤RNA
a:加入500μL Wash Solution,通过滤芯进行过滤;
b:再加入500μL Wash Solution进行过滤;
c:去除Wash Solution,继续离心或者将滤芯从虑管中取出10-30s,去除残留的wash
solution;
(8)用下列方法溶解RNA
a:取110ul Elution Solution 95℃预热;
b:加入50ul预热的Elution Solution入滤芯,盖上盖子,室温10000-15000g离心1min。
c:为了最大限度的回收RNA,可重复此洗脱步骤,再加入50ul Elution Solution,同步骤b
将滤液收集到同一管中,得到100ulRNA样品。
(9)5M醋酸铵沉淀RNA
a:按照1/10的体积加入5M醋酸铵,例如:RNA样品总体积为100ul,则应加入10ul的
5M醋酸铵;
b:加入2.75倍体积的100%乙醇,例如,100ul的RNA样品,应该加入275ul的无水乙
醇;混匀,-20℃静置30min;
c:最大离心力离心15min(4℃或者RT);
d:小心转移并倒掉上清;
e:加入500ul 70%的酒精(预冷),再次离心,并倒掉70%酒精;
f:为了去除残液,快速离心离心管,用干净的枪头洗掉管底的残液;
g:晾干,溶解,一般可以得到60-150ug的RNA,可加入40ul RNA free water进行溶解,并分装成小样进行保存。
4、sgRNA产物定量
A260 x dilution factor x 40=μg/mL RNA长度大于1.5K的RNA可以用琼脂糖凝胶或聚丙烯酰胺凝胶定量。每个泳道加入1ug的量,为了得到更好的效果,琼脂糖凝胶和buffer里面应分别加入0.5μg/mL ethidium bromide,10μg/mL ethidium bromide入样品。建议:将RNA+Loading buffer于70℃作用5min,再跑胶定量(可将RNA的高级结构打开得到线状的RNA)
(二)mRNA转录(Cas9体外转录)
1、质粒线性化及纯化
(1)取约20-50ug质粒DNA进行酶切(不用去磷酸化处理),酶切体系视DNA的浓度而定,大概400-500ul体系即可,37℃酶切过夜。
(2)分别加入(以500ul体系为例):
PK(10mg/ml)10ul(终浓度为200ug/ul)
10%SDS 5ul(1:100的比例)
混匀,50℃温育30min.
(3)加入等体积(以500ul为例)酚/氯仿,充分混匀,12000rpm离心10min;
(4)小心吸取上清至一个新的1.5ml EP管(RNeasy-free),加入等体积的氯仿再次抽提;
(5)小心吸取上清(注意不要吸取过于彻底,可留一部分上清)至一个新的1.5mlEP管,加入1ml无水乙醇,混匀,12000rpm离心10min;
(6)倒掉上清,吸取700ul无水乙醇及300ul RNeasy-free water,混匀,12000rpm,离心10min.
(7)倒掉上清,盖上盖子空离15s,用枪头吸取残留的液体,室温晾干月3分钟,加入20ul RNeasy free water溶解DNA。
(8)测取DNA浓度,DNAOD260/280应介于1.8-2.0范围内,并计算DNA的浓度,将DNA的浓度稀释至1ug/ul。
2、转录及加帽
(1)试剂解冻
RNA Polymerase Enzyme Mix在冰上解冻;涡旋震荡10X T7 Reaction Buffer和T7 2X NTP/ARCA直到其完全溶解,然后将T7 2X NTP/ARCA置于冰上,10X T7 ReactionBuffer室温备用。所有试剂在开盖使用前请低速离心,避免管盖或管壁的残留。
(2)室温下配置反应液
如果在冰上,10X Reaction Buffer里面的亚精胺(spermidine)可以使模板DNA沉淀下来。按照下面顺序加入试剂:核苷酸——水——10X T7 Reaction Buffer,终体积为20ul。
(3)彻底混匀
手指轻弹或者用移液器轻轻上下吹打混匀,离心混合液。
(4)37℃温育2小时(用PCR仪)。
(5)加入1ul TURBO DNase,混匀后,37℃温育15min。此步目的为去除模板DNA.
3、RNA加尾
(1)按照下列步骤加入加尾反应液:
(2)预留2.5ul的加尾反应液:
加E-PAP enzyme前转移2.5ul的反应混合液,在反应结束后作为对照。
(3)加入4ul E-PAP,轻柔混匀,最终反应体系为100ul.
(4)37℃温育30–45min,反应结束置于冰上;
4、mRNA的纯化
RNeasy mini Kit 74104法:
使用QIAGEN的Rneasy Mini kit(Qiagen,Cat#74104)进行mRNA纯化,Buffer RPE使用前加入4倍体积的乙醇(96-100%)。
1)将RNA样品调整终体积为100ul;加入350ul RLT Buffer,混匀;
2)加入250ul乙醇(96-100%)用枪头混匀,不要离心,立即进行第3步;
3)转移该700ul样品入RNeasy Mini spin column,放置一个2ml的收集管,盖上盖子,≧8000g离心15s,倒掉滤液;
4)加入500ul RPE buffer,盖上盖子,12000g离心15s,弃掉滤液;
5)加入500ul RPE buffer,盖上盖子,12000g离心2min;更换一个新的收集管,盖上盖子,全速空离1min;
6)将柱子放置在一个新的1.5ml收集管中,加入30-50ul RNase-free water到吸附膜中央,盖上管盖,12000g离心1min;
5、产物定量
A260 x dilution factor x 40=μg/mL RNA
每个泳道加入1ug的量,为了得到更好的效果,琼脂糖凝胶和buffer里面应分别加入0.5μg/mL ethidium bromide,10μg/mL ethidium bromide入样品。
建议:将RNA+Loading buffer于70℃作用5min,再跑胶定量(可将RNA的高级结构打开得到线状的RNA)。
(三)Donor vector制备
1、方案设计
将mouse OX40基因的E1-7 coding region替换为human OX40片段。在替换的同时保留了mouse OX40基因的UTR区域,保证了human OX40表达受小鼠自身启动子和调控序列控制。
humanized OX40 Donor制备策略图参见图1。
human OX40分子对应的Gene ID:7293;mRNA序列如NM_003327所示;蛋白质序列如NP_003318所示。
Donor vector制备
按照下表,以C57BL/6JNju基因组为模板,进行高保真PCR,得到特异的PCR条带,胶回收,分别命名为H1,H3片段。H1为5’端同源臂,H3为3’端同源臂。
以人源OX40 BAC为模板进行高保真PCR,得到特异的PCR条带,胶回收,片段命名为H2。H2为hOX40序列片段。
以pMD18-T vector为模板进行高保真PCR,得到特异的PCR条带,胶回收,片段命名为18T骨架。
通过sLIC方法,将H1、H2、H3、18T骨架共四个片段连接,构建质粒Human OX40-Cas9-KI-(S4-S8)donor;
用I-CeuI酶切Human OX40-Cas9-KI-(S4-S8)donor,产物大小4284+2720bp,回收4284bp片段;酚:氯仿抽提,溶于Rnase free的水中,直接用于注射。
Donor制备相关引物序列,Donor序列见附件
实施例2注射样品制备
1.先在离心管上按注射表的名字写好标识,根据事先已计算好的配制表上的体积按顺序加入管中:
Injection buffer→Cas9-mRNA→Donor→sgRNA。
2.样品混合完,盖紧盖子,用手指轻弹EP管8~10次,使之混匀。
3.混匀的样品在已预冷的离心机中12000g离心5min中。
注射样品配制(总体积50ul):
Cas9:100ng/ul
Donor:100ng/ul
sgRNA:每条20ng/ul。
实施例3注射及移植
1、IVF提供注射用胚胎
1)材料:
雌鼠:3-4周龄,13-15g
雄鼠:3-6个月,单放10天以上
人绒毛膜促性腺激素(HCG)(宁波三生药业有限公司)
孕马血清促性腺激素(PMSG)(宁波三生药业有限公司)
矿物油(Sigma M5310)
HTF(使用Sigma试剂自配)
c-TYH(使用Sigma试剂自配)
2)超排:腹腔注射
Day1:供卵鼠早上8:30-9:00注射PMSG(宁波三生药业有限公司)5IU/只。
Day3:供卵鼠早上8:15-8:45注射HCG(宁波三生药业有限公司)5IU/只。
3)精子采集与活力检测
采集时间:22:00-22:05之间采集精子
4)采集卵子
在注射过HCG13-14h小时后,处死雌鼠,取出输卵管,并放于盛有DPBS的皿盖内清洗血液毛发,再移到滤纸尽可能去除周围水分,最后将输卵管放入受精皿的矿物油中,用显微镊将每个输卵管的膨大部撕破使卵母细胞团流出,同时用另一把显微镊将卵母细胞团拨到受精滴中。
5)精卵混合
获能30分钟,从培养皿中去除获能结束的精子皿,在显微镜下迅速观察精子活力,选择精子活力较好的精子进行IVF。从精子滴边缘吸取精子,加到卵子滴中,每滴加5-8ul左右的精子,精卵混合后,置于培养箱中培养。
6)收集可用胚胎
次日早晨,挑选形态好的受精卵注射用。
2、小鼠核质注射
1)仪器:
倒置显微镜(Olympus IX51)显微操作系统(Eppendorf Transfer Man NK2),拉针仪(Sutter P-1000),断针仪(Narishige)
2)注射过程:
在3.5mm dish(Corning)盖子中央做一个宽度约为2mm的长条M2(sigma M7167)液滴,覆盖矿物油,作为操作皿。将已加入DNA溶液(1-3ng/μL)的注射管和固定管装入操作手臂。在操作皿M2液滴中移入受精卵,使其排成一列(50枚)。用固定管吸住受精卵,注射管调整位置,使原核清晰可见,且针尖与原核位于同一焦平面,之后刺入原核,按Inject键将包含sgRNA及Cas9mRNA的样品打入原核及胞质,完成一次注射后用注射管将受精卵推向下方,进行下个受精卵操作,全部结束后移至M16(sigma M7292)培养皿中恢复1h。
3、受体鼠制备
1)周龄体重要求
受体雌鼠(ICR):≥8周龄,25-33g
结扎雄鼠(ICR):2-8月龄
2)0.5天受体鼠制备过程
挑选周龄体重合格的雌鼠,下午3:30将结扎雄鼠与雌鼠1:2合笼,第二天上午8:00开始对受体进行检栓,检栓过程中将见栓受体和未见栓受体提出,按照小鼠标准饲养密度分开饲养。见栓小鼠即为0.5天受体,作为当天胚胎移植实验的受体。
4、小鼠输卵管移植
1)实验材料
a.受体雌鼠(8-10周龄,体重25-33g),产自南京大学-南京生物医药研究院
b.试剂:M16(sigma M7792)M2(sigma M7167)70%酒精、麻醉剂(1.25%三溴乙醇,自配)镇痛剂(0.1%Carprofen)
c.仪器:体视显微镜(麦克奥迪SMZ-168)热台
d.耗材:手术器械(使用前需高压灭菌)3.5cm培养皿(Corning)移卵管(自制)1ml注射器、平板纸、消毒棉球、剃毛器
2)输卵管移植
输卵管移植示意图参见图2。
a.将左侧生殖系统暴露的小鼠连同平板纸一起放到体视显微镜下,小鼠的头朝向右侧。
b.在体视显微镜下找到输卵管膨大部,左手用显微镊固定输卵管,右手持锋利的针头在膨大部前端拐弯处刺开一个小口,然后把吸有胚胎的移植管插入开口处,轻轻吹入胚胎,保证胚胎吹入输卵管膨大部。
c.松开血管夹,将小鼠从体视显微镜下取下,用钝镊子夹起脂肪垫,将子宫、输卵管、卵巢等放回体腔,缝合线缝合肌肉层。
d.重复2--5,将胚胎移植到右侧输卵管。
e.创口夹缝合皮肤层,70%酒精消毒伤口处皮肤。
f.将做完移植手术的小鼠放在干净鼠笼内,37℃热台上保温直到小鼠苏醒。将苏醒后的小鼠转移入相应的动物饲养房,等待生仔。
实施例4基因鉴定
1、移植后将受体鼠放回鼠笼饲养,19天左右生仔。小仔出生后5-7天剪取2mm左右鼠尾提取基因组DNA进行PCR鉴定。
2、鼠尾基因组DNA提取(酚氯仿法)
1)设备:水平离心机、恒温干燥箱、移液器
试剂耗材:裂解液Tail Digestion Buffer(500ml):1M Tris Hcl(PH=8.0)25.0ml、0.5M EDTA 100.0ml、5M Nacl 10.0ml、20%SDS 25.0ml、MillQ 340.0ml,蛋白酶K(简称PK,10mg/ml),100%乙醇,70%乙醇,TE Buffer(500ml):1M Tris Hcl(PH=8.0)5ml、0.5M EDTA(PH=8.0)1ml、MillQ 494ml,酚和氯仿1∶1混合溶液(4℃保存,取下层液体)
2)操作步骤
a.取小鼠尾巴(长不超过0.3cm),放入1.5ml EP管内;
b.准备裂解液:每500μl裂解液加5μl蛋白酶K,每个装有尾巴的EP管分装500μl;
c.将加好裂解液的EP管放在EP管架上并用保鲜膜将其包裹好放入55℃的恒温干燥箱中(使用保鲜膜是为了防EP管受热打开造成裂解液减少),进行过夜消化;
d.第二天用力摇晃EP管使消化好的组织均匀分布;
e.每管加入等体积的酚/氯仿混合溶液(500μl);
f.用力混匀后,放入水平离心机中12,000rpm离心12min;
g.用1000μl移液器从离心好的EP管中吸取200μl上清液到新的EP管中并一一对应的将号码标示清楚,在吸取上清时需要注意一定不要吸到中间层或者下层,如不好操作可将大枪头的尖端剪去,减少吸力可避免将中间蛋白层吸起;
h.每管中加入2倍于上清体积(400μl)的100%乙醇,上下颠倒混匀,此时应可看到白色丝状的DNA,以12,000rpm离心5min;
i.弃去上清,再加入400μl 70%乙醇,以12,000rpm离心5min;
j.弃去上清,小心吸取残留乙醇,室温晾干(注意:时间大于30min,不可用DNA-Plus真空抽干,可能会导致基因组织DNA难溶);
k.加入200μl TE溶解液溶解DNA,可在55℃或37℃助溶(短期可4℃保存,长期则需-20℃保存)。
3、鼠尾DNA PCR鉴定
1)设备:PCR仪(东胜品牌)移液器(eppendoff)电泳系统、凝胶成像系统
试剂耗材:Taq酶全套(博彩生物),移液管,Agarose,EB(溴化乙锭),DNA Marker
2)操作步骤:
a.按照下表中成分配制PCR反应体系,并按照PCR反应条件在PCR仪中进行;
b.制胶(1.5%)
称取1.5g琼脂糖,加入100ml的1×TAE缓冲液(PH=8.0),摇匀;微波炉加热,至琼脂糖完全溶解;将制胶板两端封好,插入适当的梳子,再将冷却至50℃并已加入EB的琼脂糖倒入其中(如有气泡需赶出),在室温下冷却凝固(约30~45min);凝固后小心的垂直向上将梳子拔出,把胶及底座一起放入电泳槽中,以保证点样孔完好。
c.点样
将2.0μl溴酚蓝加入到PCR产物中,然后用移液器混匀;每孔点样10-15μl,样品混合物将沉入点样孔下部。
d.电泳
打开电源开关,调节电压至恒压(140V),可见到溴酚蓝条带由负极向正极移动,20~30min后即可在凝胶成像系统下观察。
3)结果分析
①PCR鉴定引物及引物设计示意图
如图3所示,引物对Pair1和Pair3基因鉴定5’端的正确中靶,以及H1与human OX40片段的正确拼接;Pair2和Pair4基因鉴定3’端的正确中靶,以及H3与human OX40片段的正确拼接。
Pair1与Pair2引物鉴定阳性,或Pair3与Pair4引物鉴定阳性,且PCR产物测序序列正确的小鼠认定为是正确中靶的阳性小鼠。
②PCR鉴定图
PCR鉴定结果图参见附图4(a)和图4(b)。
注:B6为阴性对照,是B6基因组DNA
N为空白对照,无模板的对照
DL2000务带:2000bp\1000bp\750bp\500bp\250bp\100bp
③测序结果分析
将PCR产物跑胶条带切胶送测序,经测序比对确认92#、130#、181#、189#、244#为KI阳性鼠。
实施例5小鼠繁育
选取Founder鼠92#、130#、181#、189#、244#进行繁育:
ID | Gender | color | Gty | DOB | Gen |
92 | ♂ | B | + | 2015-8-4 | F0 |
130 | ♀ | B | + | 2015-10-6 | F0 |
181 | ♀ | B | + | 2015-10-6 | F0 |
189 | ♂ | B | + | 2015-10-6 | F0 |
244 | ♀ | B | + | 2015-10-6 | F0 |
将上述Founder鼠与背景鼠C57BL/6J配繁,从F1后代小鼠中选取197#,199#,200#,201#继续繁育,其基因型分别为:
ID | Gender | DOB | color | Gty | Gen |
197 | ♂ | 2016-1-18 | B | KI/wt | F1 |
199 | ♀ | 2016-1-18 | B | KI/wt | F1 |
200 | ♀ | 2016-1-18 | B | KI/wt | F1 |
201 | ♀ | 2016-1-18 | B | KI/wt | F1 |
将上述雄鼠和雌鼠相互交配,并传代,直到分离出纯合小鼠Human OX40emlCin/Nju小鼠。
实施例6 Human OX40emlcin/Nju表型鉴定
(一)mRNA水平人源化鉴定
1.样品小鼠信息:
ID | Sex | Genotype | D.O.B | Age(W) | Generation |
278 | ♂ | KI/wt | 2016-7-14 | 4 | N2 |
279 | ♂ | KI/wt | 2016-7-14 | 4 | N2 |
287 | ♀ | KI/wt | 2016-7-14 | 4 | N2 |
289 | ♀ | KI/wt | 2016-7-14 | 4 | N2 |
2.方法:
采用小鼠脾脏、胸腺RNA进行RT-PCR验证mRNA剪接,同时将PCR获得的目的条带测序。
3.方案说明:
Detect the mouse-human chimeric mRNA:
引物位置示意参见图5:引物(mouse Ox40-RTF1、human OX40-RTR2)位于鼠源OX40mouse-Exon1、人源OX40 Human-Exon7内,引物(Human OX40-RTF2、mouse Ox40-RTR1)位于人源OX40 Human-Exon2、鼠源OX40 mouse-Exon7内,以脾脏、胸腺RNA的反转录cDNA为模板扩增,如果OX40 mRNA正确剪接,则出现的目的条带,野生型B6无目的条带。
1、PCR体系:
试剂 | 体积(ul) |
2×Primer Star Max | 25 |
ddH2O | 22 |
primerF | 1 |
primerR | 1 |
Template | 1 |
2、PCR程序:
3、电泳图:
参见图6。图6为OX40 mouse-human chimeric mRNA的RT-PCR电泳图片humanOX40-RTR2。(注:图中箭头标出的为测序的目的片段)
1为278♂-脾脏;2为278♂-胸腺;
3为279♂-脾脏;4为279♂-胸腺;
5为287♀-脾脏;6为287♀-胸腺;
7为289♀-脾脏;8为289♀-胸腺;
9为B6♂-脾脏;10为B6♂-胸腺;
11为B6♀-脾脏;12为B6♀-胸腺;
M为DL2000,条带:
2000bp\1000bp\750bp\500bp\250bp\100bp。
4、测序比对结果:
参见图7,测序结果表明人源化OX40的序列符合预期。
5、结论:
RT-PCR以及测序结果显示,人源化OX40 278#、279#、287#、289#mRNA转录剪接正确,符合预期设计。
(二)FACS分析人源化OX40的表达鉴定
利用流式细胞分选技术,在细胞水平检测Human OX40em1Cin/Nju小鼠体内的人源hOX40是否成功表达,以及人源化蛋白表达后是否对小鼠外周血、脾脏T/B/NK产生影响。
1、实验方案
样品:脾脏、全血
检测指标:CD3、CD8、CD4、CD19、hOX40、mOX40、CD335、IgM
供鼠要求:wt(1♂)、hez(1♂+1♀)、homo(1♂+1♀)
仪器:BD FACSAria II流式细胞仪,Eppendorf 5810R冷冻离心机,组织处理器(GentleMACS)
抗体列表:
2、实验步骤
1)取材与消化
a.外周血。
眼眶采集小鼠外周血200ul至1.5mLEP管(预先加入EDTA.2K抗凝),轻轻拨动,避免发生凝血,将血液转移到10mL离心管中,每管加入4mL 1×RBC(10×原液用蒸馏水稀释),混匀,室温避光裂红10min,8℃,400g,离心5min,去上清。如需要,可2次裂红。用FACS buffer洗涤1次,冰上放置,备用。
b.脾脏处理
取脾脏,称重,置于C型管。C型管中有预冷的酶消化液3ml(PBS含Ca,Mg+2%CS+10mM HEPES+30ugDNase+1.75mg胶原酶D),运行spleen2.2,置于37℃水浴中消化30min。将消化完成的脾脏细胞运行spleen3.3,加300ul 0.1M的EDTA终止消化。用滤膜过滤,除去未消化完全的组织块。
2)裂红
脾脏与骨髓每管加2ml 1×RBC混匀,室温裂解红细胞1min,加2mlFACS buffer(PBS+2%CS,10mM HEPES)终止。
8℃,400g,离心5min,去上清,加500ul FACS buffer混匀。
FACS buffer洗一次8℃,400g,离心5min,去上清,调整细胞浓度为1×106/mL
3)分管
根据实验需要,将细胞分到不同的流式管中100uL
4)孵育抗体
根据样品管数目配置抗体,按照0.5ul/每管抗体添加,单染管每管加0.5ul抗体,冰上避光孵育1h。
FACS buffer洗两次,4℃290*g离心5min
每管加500ul FACS buffer封口膜封好,上机检测。上样前5min添加Sytoxblue(终浓度1:10000稀释),区分死活细胞。
3、雌性小鼠实验结果
1)小鼠脾脏重量比较
不同基因型的雌性小鼠脾脏在重量上没有显著性差异。
2)细胞标志物检测
图8(a)和图8(b)为流式细胞仪检测的细胞分群图片(以外周血细胞为例,脾脏细胞图片略去)。
3)FACS数据统计
统计结果表明,外周血中,hOX40_Cas9_KI杂合子和纯合子的4周龄雌鼠hOX40表达显著,分别占T细胞的10.93%和21.95%,两者之间有显著差异*。mOX40在hOX40_Cas9_KI杂合子雌鼠中T细胞的比例由0.77%降到0.35%**。mOX40的表达在hOX40_Cas9_KI杂合子和纯合子间差异显著*。OX40人源化后对小鼠T、B、NK细胞的的发育成熟没有影响。
统计结果表明,脾脏中,hOX40_Cas9_KI杂合子和纯合子4周龄雌鼠hOX40的表达明显,分别占T细胞的8.27%和16.05%,两者之间有显著差异**。hOX40_Cas9_KI杂合子雌鼠T细胞中mOX40的表达显著下降,由2.8%下降到1.65**。hOX40_Cas9_KI纯合子雌鼠脾脏中T细胞没有明显的变化,hOX40_Cas9_KI纯合子雌鼠脾脏中的B细胞比例由65.9%上升到69.45%*,NK细胞的比例由2.39%下降到1.95%*。hOX40_Cas9_KI杂合子雌鼠脾脏中T/B/NK细胞没有明显的变化。
4、雄性小鼠实验结果
1)小鼠脾脏重量比较
不同基因型的雌性小鼠脾脏在重量上没有显著性差异。
2)细胞标志物检测
图9(a)和图9(b)为流式细胞仪检测的细胞分群图片(以外周血细胞为例,脾脏细胞图片略去)。
3)FACS数据统计
统计结果表明,外周血中,hOX40_Cas9_KI杂合子和纯合子雄性小鼠hOX40的表达明显,分别占T细胞的10.73%和21.23%,两者之间有显著差异*。而mOX40在野生型小鼠中的比例仅为0.25%。OX40人源化后对小鼠B细胞的发育成熟没有影响,CD4+T细胞的比例显著上升,由40.20%上升到53.20%***,NK细胞的比例略微下降wt 3.41%,homo 2.46%*。
统计结果表明,脾脏中,hOX40_Cas9_KI杂合子和纯合子雄性小鼠hOX40的表达明显,分别占T细胞的7.40%和15.93%,两者之间有显著差异*。杂合子中mOX40的表达明显下降,由1.96%下降到0.86%**。脾脏中T/B/NK没有明显的变化。
5、结论
(1)Human OX40em1Cin/Nju小鼠较野生型小鼠在CD3+T细胞中表达OX40比例上存在较大差异。
Human OX40em1Cin/Nju雌鼠外周血中,hOX40 21.95%VS mOX40 0.765%;脾脏中,hOX40 16.05%VS mOX40 2.8%。Human OX40em1Cin/Nju雄鼠外周血中,hOX40 21.23%VSmXO40 0.25%;脾脏中,hOX40 15.93% VS mOX40 1.96%。
(2)Human OX40em1Cin/Nju雌鼠的OX40表达比例上升的同时,外周血中T/B/NK细胞比例没有显著变化。脾脏中T细胞比例没有显著变化,但B细胞比例略微上升,wt 65.9%,homo 69.45%*;NK细胞比例略微下降,wt 2.39%,homo 1.95%*。
(3)Human OX40em1Cin/Nju雄性小鼠的OX40表达比例上升的同时,外周血中B细胞没有明显的变化,CD4+T细胞的比例显著上升,由40.20%上升到53.20%***,NK细胞略微下降wt 3.41%,homo 2.46%*;脾脏中T/B/NK没有明显的变化。
实施例7Human OX40em1Cin/Nju小鼠接种MC38后评价OX40激动剂的抗肿瘤疗效
1、实验步骤:
(1)小鼠MC38结肠癌皮下肿瘤模型建立
采用MC38细胞专用培养液(10%FBS,90%RPMI-1640 MEDIUM,HEPS(GIBCO22400089),1×penicillin streptomycin(GIBCO 15140-122))在37℃、饱和湿度、5%CO2的培养箱中常规培养肿瘤细胞,隔日换液。
将处于对数生长期的细胞,用胰酶消化后收集在离心管中,离心。用无钙镁PBS重悬细胞,调整细胞终浓度为5×106/ml。
无菌条件下,用注射器抽取瘤细胞悬液,进行皮下注射。注射部位为右侧背部,大腿上方。
每只小鼠注射100ul,即5×105细胞。
设立OX40 Agonist治疗组与对照组。从第5天开始评价肿瘤的生长及小鼠体重。
(2)移植后小鼠观察
每天观察鼠的生长以及健康情况,从第5天开始,每隔2日称重记录,并观察是否有实体瘤生成。
(3)瘤体测量
用指腹按压触碰,左右轻拉小鼠皮肤,明显感觉皮下有凸起物时,为瘤体生长。瘤体明显可测量时,用游标卡尺测量长(a)宽(b)。从第5天开始,每2天测量1次,按照V=1/2×a×b2,计算瘤体积。
2、实验结果:
从第5天开始评价肿瘤的生长及小鼠体重,数据变化趋势如图10所示。
3、实验结论:
该OX40 Agonist的肿瘤抑制效果明显。在hOX40小鼠上,可进行理想的OX40激动剂的评价实验。
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
序列表
<110> 江苏集萃药康生物科技有限公司
<120> 一种OX40基因修饰人源化动物模型的构建方法和应用
<160> 26
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
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<212> DNA
<213> homo sapiens
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tgtggagggt actggcaggc atcag 25
Claims (7)
1.一种包含人源化小鼠OX40基因的DNA序列的载体,其特征在于,该DNA序列编码的蛋白含有人OX40蛋白的功能域,其是将小鼠OX40基因的外显子1-7的编码区替换为人OX40片段,在替换的同时保留了小鼠OX40基因的UTR区域,保证人OX40表达受小鼠自身启动子和调控序列控制,所述载体的制备步骤如下:
①以小鼠基因组为模板,分别利用引物对SEQ ID NO:7和SEQ ID NO:8、引物对SEQ IDNO:9和SEQ ID NO:10进行PCR,得到特异的PCR条带,分别命名为H1、H3片段,H1为5’端同源臂,H3为3’端同源臂;
②以人源OX40BAC为模板,利用引物对SEQ ID NO:11和SEQ ID NO:12进行PCR,得到特异的PCR条带,片段命名为H2,H2为hOX40序列片段;
③以pMD18-T vector为模板,利用引物对SEQ ID NO:13和SEQ ID NO:14进行PCR,得到特异的PCR条带,片段命名为18T骨架;
④将H1、H2、H3、18T骨架共四个片段连接,构建质粒Human OX40-Cas9-KI-(S4-S8)donor;
⑤用I-CeuI酶切Human OX40-Cas9-KI-(S4-S8)donor,产物大小4284+2720bp,回收4284bp片段;酚:氯仿抽提,溶于Rnase free的水中,直接用于注射。
2.权利要求1所述的载体在制备OX40基因修饰人源化的动物模型中的用途。
3.一种制备OX40基因修饰人源化动物模型的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)构建表达针对鼠源OX40基因的sgRNA的质粒;其中针对鼠源OX40基因的sgRNA的序列如SEQ ID NO:1和SEQ ID NO:2所示;
(2)将人源OX40基因的DNA序列、鼠源OX40基因的3’同源臂和5’同源臂连接至质粒上,构建人源化OX40基因的载体;
(3)将步骤(1)所述质粒体外转录获得的sgRNA与步骤(2)的载体以及Cas9mRNA注射至鼠受精卵细胞质或细胞核中,移植入受体母鼠生产OX40基因修饰人源化鼠模型;
所述载体能够将鼠源OX40基因的外显子1-7的编码区替换为人源OX40的片段,在替换的同时保留鼠源OX40基因的UTR区域,保证人源OX40表达受鼠自身启动子和调控序列控制,所述载体的制备步骤如下:
①以小鼠基因组为模板,分别利用引物对SEQ ID NO:7和SEQ ID NO:8、引物对SEQ IDNO:9和SEQ ID NO:10进行PCR,得到特异的PCR条带,分别命名为H1、H3片段,H1为5’端同源臂,H3为3’端同源臂;
②以人源OX40BAC为模板,利用引物对SEQ ID NO:11和SEQ ID NO:12进行PCR,得到特异的PCR条带,片段命名为H2,H2为hOX40序列片段;
③以pMD18-T vector为模板,利用引物对SEQ ID NO:13和SEQ ID NO:14进行PCR,得到特异的PCR条带,片段命名为18T骨架;
④将H1、H2、H3、18T骨架共四个片段连接,构建质粒Human OX40-Cas9-KI-(S4-S8)donor;
⑤用I-CeuI酶切Human OX40-Cas9-KI-(S4-S8)donor,产物大小4284+2720bp,回收4284bp片段;酚:氯仿抽提,溶于Rnase free的水中,直接用于注射。
4.如权利要求3所述的方法,其中步骤(1)中构建表达sgRNA的质粒的过程如下:
1)BsaI线性化pUC57-gRNA-T7载体,并用CIAP去磷酸化;
2)退火:序列如SEQ ID NO:3和4的上下游引物、以及序列如SEQ ID NO:5和6的上下游引物分别稀释,退火;
3)加磷酸:退火产物进行加磷酸处理
4)连接:取加磷酸后的产物与线性化并去磷酸处理的pUC57-gDNA-T7进行连接,分别获得表达序列如SEQ ID NO:1所示的sgRNA的质粒1和序列如SEQ ID NO:2所示的sgRNA的质粒2。
5.如权利要求3或4所述的方法,进一步包括利用引物鉴定所述动物模型的步骤。
6.权利要求1-2任一项所述的载体或者权利要求3-5任一种所述的方法在制备用于评估靶向OX40的药物有效性、OX40靶向药物筛选开发、免疫检查点肿瘤药物联用的开发、或OX40靶向药物的毒理研究中的模型中的应用。
7.特异性靶向小鼠OX40基因的sgRNA,其序列如SEQ ID NO:1或SEQ ID NO:2所示。
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