CN111118046B - 一种能够调控MSCs成脂肪分化能力的基因及其衍生产品 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能够调控MSCs成脂肪分化能力的基因,所述基因为Wip1基因,所述Wip1基因正向调控MSCs成脂肪分化能力。本发明人通过实验发现,Wip1基因通过PP2A‑PPAR‑γ信号通路调节MSCs成脂分化的能力,为MSCs生物学特性的研究及临床应用提供了理论与实验依据,也为临床研究应用MSCs治疗疾病提供新靶标。
Description
技术领域
本发明涉及生物技术领域,具体涉及一种能够调控MSCs成脂肪分化能力的基因及其衍生产品。
背景技术
间充质干细胞(MSCs)是属于中胚层的一类多能干细胞,主要存在于结缔组织和器官间质中,以骨髓组织中含量最为丰富,由于骨髓是其主要来源,因此统称为骨髓间充质干细胞。骨髓间充质干细胞具有以下特性:一、具有强大的增殖能力和多向分化潜能,在适宜的体内或体外环境下具有分化为肌细胞、肝细胞、成骨细胞、脂肪细胞、软骨细胞、基质细胞等多种细胞的能力。二、具有免疫调节功能,通过细胞间的相互作用及产生细胞因子抑制T细胞的增殖及其免疫反应,从而发挥免疫重建的功能。三、具有来源方便,易于分离、培养、扩增和纯化,多次传代扩增后仍具有干细胞特性,不存在免疫排斥的特性。四、面目模糊,表面抗原不明显,异体移植排异较轻,配型要求不严格。正是由于间充质干细胞所具备的这些免疫学特性,使其在血液病治疗方面具有广阔的临床应用前景。通过自体移植可以重建组织器官的结构和功能,并且可避免免疫排斥反应。
间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)来源于不同组织,是具有自我更新和多向分化潜能的成体干细胞,体内和体外培养均可使其向成脂肪、成骨和成软骨分化。但其具体的分化机制研究甚少。
磷酸酶Wip1(野生型p53诱导的磷酸酶1)是由PPM1D基因编码的一种丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶,是一种p53依赖的基因,属于PP2C(蛋白磷酸酶2C)家族,该家族成员主要参与细胞代谢过程,包括增殖、凋亡、分化等等。Wip1在原核生物和真核生物中均有表达,主要存在细胞核中。在细胞稳态调控、DNA损伤修复、抗衰老、肿瘤发生及免疫调控等方面具有重要作用,并作为原癌基因受到越来越多的关注。
PP2A是丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶2,在人类其由PPP2CA基因编码,由A和B两个亚单位组成。对磷酸酶的调节起到重要作用,对细胞内多种信号通路产生影响。研究已经发现PP2A影响成骨细胞和脂肪细胞的分化,通过调节相关转录因子的表达来确定成骨细胞或脂肪细胞的表型。
过氧化物酶体增殖体激活受体-γ(peroxisome proliferator activatedreceptorγ,PPAR-γ),是重要的细胞分化转录因子,在哺乳动物的脂肪组织、血管平滑肌组织、心肌组织中均有表达。PPAR-γ是由配体激活的核转录因子,活化后可以调控多种核内靶基因的表达。研究发现,PPAR-γ具有调节脂肪代谢、炎症、免疫以及细胞分化等作用,参与诸多慢性免疫性疾病的发生及发展。PPAR-γ是MSCs成脂早期过程中的转录因子,PPAR-γ高表达,说明细胞成脂分化能力强。
发明内容
我们通过研究发现,Wip1基因敲除后MSCs成脂分化能力显著下降,进一步研究发现,具体机制是Wip1基因通过调控PP2A-PPAR-γ信号通路促进MSCs的成脂分化。
本发明目的之一是Wip1基因调控MSCs成脂肪分化能力的分子机制研究提供新的线索,为临床研究应用MSCs治疗疾病提供新靶标。
具体方案:本发明人利用成熟的小鼠骨组织来源的MSCs分离培养和体外诱导培养体系,经实验研究发现Wip1基因通过调节PP2A-PPAR-γ信号通路调控MSCs的成脂分化;具体实施过程,体外分离培养Wip1+/+MSCs和Wip1-/-MSCs,进一步诱导,成脂分化后检测成脂相关转录因子PPAR-γ,C/EBPα变化。结果表明,Wip1-/-MSCs成脂诱导后,脂滴数量显著减少,成脂相关转录因子表达显著降低。采用基因芯片结合生物信息学分析,发现Wip1-/-MSCs中PP2A表达降低。收集MSCs成脂诱导第0天,第2天,第4天和第5天的样本,q-PCR检测发现成脂相关转录因子PPAR-γ与PP2A变化一致。利用PP2A siRNA敲低MSCs中PP2A,q-PCR和Westernblot检测结果显示,敲低PP2A基因后,成脂分化关键转录因子PPAR-γ表达显著下调,说明成脂分化能力降低,从而证实Wip1具有促进MSCs成脂分化能力。
首先,本发明提供了一种能够调控MSCs成脂肪分化能力的基因,所述基因为Wip1基因。
优选的,所述Wip1基因正向调控MSCs成脂肪分化能力。
优选的,所述Wip1基因通过调节PP2A-PPAR-γ信号通路调控MSCs的成脂分化。
优选的,所述间充质干细胞包括牙髓间充质干细胞、脐带间充质干细胞、脂肪间充质干细胞或骨髓间充质干细胞。
在本发明上述应用的一些实施方案中,所述间充质干细胞(MSCs)为小鼠骨组织来源的间充质干细胞。
进一步地,本发明提供了一种基因修饰间充质干细胞的生物制剂,所述基因为Wip1基因,所述制剂中含有促进Wip1基因表达的试剂和促进Wip1基因表达产物的试剂。如MSCs成脂分化的促进剂。
优选的,所述促进Wip1基因表达的试剂包括促进基因转录的试剂,促进基因翻译的试剂,促进Wip1蛋白含量提高的试剂;所述促进Wip1基因表达产物的试剂包括促进Wip1基因表达稳定性的试剂,促进Wip1基因表达产物活性的试剂,促进Wip1基因表达产物功能的试剂。
进一步地,本发明提供了一种基因修饰间充质干细胞的生物制剂,所述基因为Wip1基因,所述制剂中含有降低Wip1基因表达的试剂和降低Wip1基因表达产物的试剂。
优选的,所述降低Wip1基因表达的试剂是通过siRNA敲低PP2A基因使得成脂关键转录因子PPAR-γ表达显著下调,从而抑制MSC成脂分化能力。
优选的,PP2A siRNA具有SEQ ID NO:9-SEQ ID NO:14所示的核苷酸序列。
更进一步地,本发明提供了一种细胞治疗药物,所述药物通过Wip1基因修饰间充质干细胞起作用。
优选地,所述细胞治疗药物包括外用细胞治疗药物或注射细胞治疗药物。
再进一步地,本发明还提供了一种基因改造MSCs的方法,所述方法是通过调控Wip1基因的表达进而调节PP2A-PPAR-γ信号通路来改造MSCs。
具体为:
1)从1周龄C57bl/6小鼠骨组织中分离获取间充质干细胞,然后进行原代培养和传代培养;
2)利用siRNA瞬时转染技术将PP2A siRNA导入P3代间充质干细胞,然后培养。
siRNA瞬时转染的转染体系为:jet PRIME reagent buffer 200ul/2ml、siRNA3ul/2ml、jet PRIME reagent 4ul/2ml,转染时间为48h。
最后,本发明还提供了一种基因改造MSCs的方法在制备利用MSCs治疗疾病药物中的应用,所述利用MSCs治疗疾病药物包括肿瘤药物等。
有益效果
本发明人通过实验发现,Wip1基因通过PP2A-PPAR-γ信号通路调节MSCs成脂分化的能力,为MSCs生物学特性的研究及临床应用提供了理论与实验依据,也为临床研究应用MSCs治疗疾病提供新靶标。因此,可将Wip1用于制备调控MSCs成脂分化的产品,如MSCs成脂分化的促进剂。本发明采用成熟的小鼠骨组织来源的MSCs分离培养技术,结合特定的成脂诱导分化体系及特定的接种细胞数,稳定的基因转染敲低技术,可操作性强,方便实用。
附图说明
图1所示为鼠尾基因型鉴定结果;
图2为Wip1+/+MSCs和Wip1-/-MSCs成脂诱导后油红O染色结果;
图3为Wip1+/+MSCs和Wip1-/-MSCs成脂诱导后油红O染色,显微镜下脂滴计数结果和成脂相关转录因子PPAR-γ和C/EBPα变化;
图4为293T细胞过表达Wip1后PP2A表达升高;
图5为MSCs成脂诱导后相关因子变化;
图6为敲低MSCs中PP2A,PPAR-γ表达降低。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。若未特别指明,实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
本发明所用常规基础方法示例如下:
Wip1:Gene ID:53892
PPAR-γ:Gene ID:19016
PP2A:Gene ID:19052
C/EBPα:Gene ID:12606
基因型鉴定方法如下:
首先提取鼠尾DNA,然后PCR扩增,最后水平电泳检测基因型。
鼠尾DNA提取如下:收集需要检测的小鼠尾尖0.5~1cm,至于1.5mL Ep管中,并做好标记(或-20℃冰箱暂存);加入200μL裂解液,用眼科剪把组织剪成小块;55℃孵育2h,间断混匀裂解液使组织消化充分;在通风橱内,加入200μL酚/氯仿/异戊醇(25:24:1)至裂解液中,剧烈震荡,充分混匀变性蛋白质,至于离心机中最高转速离心10min;取出离心管,小心的收取上层水相的上清约180μL(<200μL,切勿吸入中间层沉淀),加入10%体积的醋酸钠和60%体积的异丙醇,混合均匀,至于离心机中最高转速离心10min;去除上清,加入70%的乙醇溶液洗涤沉淀两次,离心机中最高转速离心后去除上清;晾干,加入50μL TE溶液或ddH2O溶解DNA,得到的基因组即可用于PCR。
原代MSCs培养方法:
1)断颈处死1周龄小鼠,75%酒精浸泡5分钟;
2)无菌条件下剪取胫骨、股骨骨干,置于含10%血清的完全培养基的青瓶中;
3)眼科剪剪碎,1%Ⅱ型胶原酶消化45min;
4)将骨片移至装有10%血清的完全培养基的25cm2培养瓶中,用电动移液枪吹散,放置孵箱培养;
5)72h后换液,弃去悬浮细胞,每2~3d换一次液;
6)待细胞长至80~90%融合后,胰蛋白酶消化,传代,重复上述步骤,直至细胞培养至P3待用。
继代培养方法:
胰酶消化细胞,血清终止,拍打培养瓶瓶壁,使所有细胞脱落,移入离心管,1000rpm/min,离心10min,弃去上清,完全培养基重悬细胞,接种于培养瓶。
293T细胞过表达方法:
首先复苏实验室保存的293T细胞,接种于T75培养瓶培养,传代后接种于六孔板,1×105/孔,长到80%融合换液,加入转染试剂(jet PRIME reagent buffer 200ul/孔、质粒1ug/孔、jet PRIME reagent 4ul/孔),转染时间为48h,收取细胞用于继续实验。
芯片方法:
委托康普森公司,按照程序化流程操作。
实施例1:小鼠基因组总DNA提取及基因型鉴定
通过Wip1+/-小鼠的交配,获得1周龄小鼠,剪取鼠尾进行基因型鉴定。图1为基因型鉴定结果,2号和5号是Wip1+/+小鼠,1号,6号和4号是杂合小鼠,3号为Wip1-/-小鼠。
实施例2:Wip1+/+MSCs和Wip1-/-MSCs体外分离培养和成脂诱导分化
将上述例一中鉴定出的Wip1+/+小鼠和Wip1-/-小鼠消毒后超净工作台内提取骨片,行原代MSCs培养。将体外分离培养的P2代Wip1+/+MSCs和Wip1-/-MSCs,接种于六孔板进行成脂诱导。用油红O染色,检测Wip1+/+MSCs和Wip1-/-MSCs成脂分化结果计数形成的脂滴数。如图2为油红O染色结果,可以发现两种MSCs均可向成脂细胞分化,a、b:Wip1+/+MSCs;c、d:Wip1-/-MSCs;a、c:自分化组;b、d:诱导组。如图3A为高倍视野下脂滴计数结果,发现Wip1+/+MSCs脂滴更多。图3B和图3C为q-PCR检测成脂相关转录因子结果。显示与Wip1-/-MSCs成脂关键转录因子PPAR-γ和C/EBPα表达显著降低。q-PCR检测所用引物如表1所示。
以上结果表明Wip1缺失可使MSCs成脂分化能力显著降低。
表1:引物与基因序列
实施例3:Wip1+/+MSCs和Wip1-/-MSCs中PP2A表达差异
Wip1+/+MSCs和Wip1-/-MSCs芯片显示PP2A在两种细胞中的表达存在明显差异,为此,提取P3代Wip1+/+MSCs和Wip1-/-MSCs蛋白,Western blot进行验证。结果如图4A所示Wip1-/-MSCs中PP2A表达下降,差异显著。
为探讨Wip1与PP2A是否存在相互作用,我们将293T细胞过表达Wip1-GFP。如图4B所示,流式细胞术检测结果显示转染效率为57.5%,说明Wip1基因成功转入293T细胞。如图4C所示,荧光显微镜下可见大量荧光细胞。图4D所示结果为Western blot检测发现Wip1过表达,同时PP2A表达亦显著升高。
实施例4:成脂诱导过程中PP2A与成脂相关转录因子变化一致
MSCs成脂诱导分化后,收集第0天,第2天,第4天和第5天的样本,q-PCR检测成脂诱导分化过程中成脂相关关键转录因子PPAR-γ、C/EBPα和PP2A表达。如图5所示,成脂过程中PPAR-γ和C/EBPα均先升高后降低,PP2A与其变化趋势一致。
实施例5:干扰PP2A表达后PPAR-γ表达亦降低
体外分离培养MSCs,传至P3代接种于6孔板,转染PP2A siRNA。合成3对siRNAPP2A,(序列为SEQ ID NO:9-SEQ ID NO:14),转染48h后,收集细胞,q-PCR验证,挑选一组敲低效果最好的用于后续实验。如图6A所示,siRNA-615敲低效果最好。选择siRNA-615,再次转染MSCs,如图6B所示PP2A敲低。进一步检测,PP2A敲低后成脂肪相关转录因子变化。如图6C所示,q-PCR检测发现PPAR-γ表达亦显著降低。图6D所示,Western blot检测发现PP2A表达降低同时PPAR-γ表达也降低。
上述实验结果表明,Wip1基因敲低的MSCs成脂分化能力亦显著降低,Wip1通过调节PP2A-PPAR-γ信号通路影响MSCs的成脂分化。
以上结果表明,Wip1基因具有促进MSCs成脂分化作用。可用于制备MSCs促分化产品,或者在治疗肥胖时,敲除Wip1基因可更好的治疗肥胖,为成脂分化机制提供了新的信号通路机制。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。
序列表
<110> 中国人民解放军军事科学院军事医学研究院
<120> 一种能够调控MSCs成脂肪分化能力的基因及其衍生产品
<130> P200123
<141> 2020-01-16
<160> 16
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial sequence)
<400> 1
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<212> DNA/RNA
<213> 人工序列(Artificial sequence)
<400> 15
uucuccgaac gugucacgut t 21
<210> 16
<211> 21
<212> DNA/RNA
<213> 人工序列(Artificial sequence)
<400> 16
acgugacacg uucggagaat t 21
Claims (3)
1.一种降低PP2A表达的试剂,其特征在于,包括PP2A siRNA-615,序列为SEQ ID NO:11-SEQ ID NO:12。
2.权利要求1所述试剂在制备降低成脂关键转录因子PPAR-γ表达的制剂中的应用。
3.权利要求1所述试剂在制备抑制MSCs成脂分化能力的制剂中的应用。
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