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p16基因高表达对细胞衰老的调控作用

2023-02-25 来源:飒榕旅游知识分享网
学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者:字●泰孕日期:≯I3年r月、7日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品,知识产权归属郑州I大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅;本人授权郑州I大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索,可以采用影Fp、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时,第一署名单位仍然为郑州I大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位做作者:袅.1玲日期:矽f≥年j月摘要摘要衰老(agingorsenescence)是机体的细胞、组织与器官在结构和功能上逐渐出现不可逆转地全面的退行性变化。对衰老原因和机理的研究目前尚没有完全统一的认识。但近期越来越多的研究表明细胞衰老是遗传上的程序化结果所致,细胞衰老过程受到某些基因控制。p16基因是细胞衰老过程中的关键效应物,在遗传控制程序中起主要作用。P16蛋白是细胞周期有关的蛋白激酶4(cyclin.dependentkinase4,CDK4)的抑制因子,它通过p16.cyclinD/CDK.Rb途径来调控细胞周期,影响细胞的生物钟.细胞寿命和端粒长度,直接参与细胞增殖的负调节。近年来的研究发现p16基因在复制性衰老时多呈高表达,说明P16在细胞衰老过程中起重要作用。本研究首先构建p16过表达载体,转染293细胞,通过检测p16高表达对细胞增殖及细胞周期的影响,采用RT-PCR、Westernblowing以及D.半乳糖苷酶染色技术分析p16高表达对细胞衰老的调控作用。从而分析p16基因在细胞衰老过程中发挥调控作用。因此,本课题共分为两个部分,第一部分:p16过表达载体的构建;第二部分:p16基因高表达对细胞衰老的调控及研究机制。第一部分:通过合成带有限制性酶切位点(HindlII,KpnI)的p16引物,扩增p16基因全长ORF序列,然后将其双酶切连接至PEGFP-N1载体,通过转化、克隆挑选和测序鉴定,成功构建含有p16基因的重组载体pEGFPNl.p16。第二部分在成功构建p16过表达载体的基础上,将过表达载体转染293细胞,并设正常组和转染空质粒组做对照。首先通过CCK.8法和流式细胞术分别观察其对293细胞增殖和细胞周期的影响,结果发现p16过表达载体的转染抑制了293细胞的增殖和生长,并将细胞周期阻滞在G0/G1期;然后通过RT-PCR和Westernblotting检测转染前后p16和衰老相关基因p21在基因水平和蛋白水平的表达变化。结果显示p16过表达可以上调细胞衰老相关标记基因p21的表达,说明p16可能通过促进p21的表达导致细胞衰老;最后,通过p.半乳糖苷酶染色证实细胞衰老。总之,本实验成功构建p16过表达载体并将其转染至293细胞,通过多种细胞生物学和分子生物学实验检测p16过表达对细胞增殖、细胞周期以及细胞摘要衰老的影响,初步探讨p16过表达对细胞衰老的调控作用,并为进一步沉默p16的表达,探索延缓细胞和机体衰老的机制和方法提供理论依据。关键词:p16基因高表达;p21;细胞衰老;细胞增殖;细胞周期调控————————————————————一———————————————————————————————————一AbstractAbstractAgingorsenescenceisanirreversibleprocesswhichinvolvesthedegenerativeinbiologicalstructuresdlallgesofcells,tissuesandmerehavebeennoorgansandfunctions.Tillnow,ofaexactandunifiedtheoriesaboutthereasonsandmechanismssenescencea1sstudieshaveshownthatcellularaging.However,moreandmoreevent.whichiscontrolledbysomegenes·P16isgeneticallyprogrammedeffectorgenewhichplaysP16proteinisankeYamajorroleinthegeneticcontrolofthecellagingprocess·inhibitorofthecellcyclerelatedproteinkinase4(CDK4),andthep16-cyclinD/CDK-RbpathwaystoaffectceUregularesthecellcyclethroughlifeandtelomerelength.Thisillustratespl6geneCanthecellnegativelyregulateispr01if.eration.Recentstudieshavefoundthatpl6genereplicativeaging.senescencehighexpressionintheroleincelll6playsprocess,suggestingthatpanimportantTherefore.Wefirstlyconstructedavectorpl6over-expressionandtransfectedonitintothe293cellline.Then,wedetectedtheeffectofpl6highexpressionproliferationandcellcycle,andinvestigatedthecellcellonregulationofpl6highexpressionagingbyRT-PCR,Westernareblottingandbeta-galactosidasestainingtechnology.So.theretwopartsinthispaper.Thefirstpartistheconstructionofpl6theeffectandove卜expressionveetor,andthesecondpartisexpressionPanspecificonregulationofpl6highcellaging.entirehumanpl6ORFwasgeneratedbyRT-PCRusingthetherestrictionenzymeone:Theprimers(containingsite),whichweredesignedaccessionaccordingtothesequenceofhumanpl6INK4/MTS1mRNA(GenBanknumber:U26727.1),andwasinsertedattheHindIIIandKpnIsitesofpEGFP-N1.Atlast,weconstructedthepEGFPN1.p16cloningandsequencing.Pantwo:Basedonrecombinantplasmidbytransforming,theconstructionofpl6over-expressionvector,wetransf.ecteditintothe293cellline.Normaluntransfected293celllineandanotherasgrouptransfectedwithemptyplasmidwereinvlovedcontrols.Firstly,wedetectedAbstract————————————————————————一—————————————————————————一_theetiectofpl6highexpressionFlowonCCK-8andcellproliferationandcellcyclebyc饥omet珥Theresultssuggestedthatp16over-expressionCaninhibitthe293ofinGO/G1phase·Then,theexpressloncellproliferationandarrestthecellcycleresultsRT-PCRandWesternblotting·Thep16andp21geneswereanalyzedbyshowedmatp16over.eXpressionmatp16Canincreasetheexpressionofp21gene,suggeghngexpression·Atlast,wemaybe雄.ect1thecellagingbypromotingp2staining.confirmedmetraIlsfectedcellisagingbybeta-galactosidasemconclusion,weconstmctedinto293cellavectorp16over-expressi。nandtransfecteditonceuline,锄dthendetectedtheeffectofp16OVer-expresslonandcellproliferation,cellcyclebi0109yagingbyavarietyofcellbiologYandmoleculareXperim啪.OurontheregIllatlonofplbresultspreliminarilyinvestigateandprovidetheoreticalbasisforexploringtheover-expressioncellaging,Oilmechanismsandmethodsdelayingcellagingbysilencingp16expression·6gene;p21;cellaging;cellproliferati。n;cellKeyw。rds:。ver-铱pressi。n。fp1cycleregulationIV英文缩写cdcCDKCKIRbHEK293FBSPBSAPSPMSFDMSOEDTASDSGFP英文缩略表英文缩略表英文全称celldivisioncycleCyclin-dependentkinasesCyclin-dependentkinasesinhibitorRetinoblastomaHumanembryonickidneycellsFetalbovineserl,lmPhosphatebuffersalineAmmoniumpersulfatePhenylmethylsulfonylfluorideDimethylSulfoxideEthylenediaminetetraaceticacidSodiumdodecylsulfateGreenfluorescentproteinV中文名称细胞分裂周期基因周期蛋白依赖性蛋白激酶周期蛋白激酶抑制因子视网膜神经母细胞瘤蛋白人胚胎肾细胞胎牛血清磷酸盐缓冲液过硫酸铵苯甲基磺酰氟二甲基亚砜乙二胺四乙酸十二烷基硫酸钠绿色荧光蛋白目录目录摘要……………………………………………..IAbstract………………………………………..II工英文缩略表………………………………………..V引言……………………………………………..9jl画……………………………………………··第一部分:p16过表达载体的构建……………………….3前言……………………………………………………3刖舌……………………………………………………31材料与方法…………………………………………….31.1材料..…..…..….…..….……...…..….…..…..….….31.1。1菌种与质粒……………………………………………………………….31.1.2细胞……………………………………………………………………….31.1.3主要试剂及设备…………………………………………………………..31.2方法….…..……..…..…..…..….…..….…….........41.2.11.2.2RNA提取…………………………………………………………………..4PCR引物设计……………………………………………………………..41.2.3重组载体的构建…………………………………………………………..52结果………………………………………………….82.1总RNA提取结果.......…,.…..…...…..….….…..….…..82.2p160RF电泳结果.…...…..…..…+.….…..….……..…....92.3目的片段和质粒双酶切后电泳图谱.….......…....…..…..…....92.4重组质粒菌液PCR鉴定结果……..…...….…..….…....…...102.5重组质粒双酶切鉴定...….…...…....….…..….…...…...112.6重组过表达质粒测序...…..…..….…….…..….…..…....11第二部分:PI6基因高表达对细胞衰老的调控及机制研究…….14VI目录前言…………………………………………………..14刖吾…………………………………………………..141材料与方法……………………………………………151.1材料….…......…...…….….....……...…..…...…..151.2方法….…………………...…………….….……..…171.2.1脂质体转染………………………………………………………………171.2.2流式细胞术检测转染效率………………………………………………181.2.3CCK一8法检测pl6对293细胞增殖的影响…………………………….18RT—PCR检测pl6和p21的表达……………………………………….19f}-半乳糖苷酶染色…………………………………………………….221.2.4流式细胞术检测p16对293细胞周期的影响…………………………181.2.51.2.6各组中p16和p21蛋白的表达…………………………………………201.2.72实验结果……………………………………………..222.12.22.32.42.52.6p16过表达载体转染293细胞.…….….…………………....22p16高表达对293细胞增殖的影响….………………………..23p16高表达对293细胞周期的影响…....……….…………....23RT—PCR检测转染前后pl6。p21的表达.….….…….………....24WesternbIoting检测转染前后p16,p21的表达……......……..25p一半乳糖苷酶染色…...............…...………....……...253讨论…………………………………………………264主要结论和进一步的研究设想……………………………..284.1本研究的主要结果和结论.…....……...…….....……….....284.2进一步研究设想…….……..……..…….....….....…....28参考文献…………………………………………29综述…………………………………………….32p16信号通路与细胞衰老的研究进展……………………32123plpl6基因的发现与结构………………………………….326基因的表达产物及功能…………….………………..32p16-cycIjnD/CDK—Rb途径是调控细胞衰老的重要信号通路…….33VII目录参考文献…………………………………………35个人简历…………………………………………37致谢…………………………………………….38目录引言衰老(a西ngorsenescence)是机体的细胞、组织与器官在结构和功能上逐渐出现不可逆转地全面的退行性变化。自19世纪末国内外应用实验方法研究衰老以来,对衰老机理先后提出的学说不下20余种,然而很多学说并没有得到实验研究的支持。目前的研究认为,衰老是干细胞衰退、DNA退化、饮食精神因素、衰老基因活跃等综合因素的结果,但仍未形成统一的衰老理论【卜31。已有研究证明p16基因是细胞衰老的关键效应物,是遗传控制程序中的主要环节,它通过p16.cyclinD/CDK--Rb途径调控细胞周期,影响细胞的生物钟.细胞寿命和端粒长度,而非激活端粒酶起作用【5'6】。p16基因做为一种肿瘤抑制基因,直接参与细胞周期的调控,在细胞增殖中起到负调节作用【_71。p16基因位于人类第9号染色体断臂的2区1带,即9p21,由3个外显子和2个内含子组成,第1个外显子的长度是126bp,第2个外显子的长度是307bp,第3个外显子的长度是llbp。p16的cDNA克隆总长度为960bp,其中含有单一的开放读码框架(open组成。P16蛋白定位于细胞核内,DavidBeach等(8】已经证明了P16蛋白是在细胞分裂周期(CellDivisionreadingframe,ORF),长度为444bp,编码的P16蛋白由148个氨基酸Cycle)中起作用,参与抑制与细胞分裂周期有关的激酶(CDK4)的活性。细胞周期调节是一个极为复杂的过程,近年来发现一类基因与细胞周期的调节密切相关,即细胞分裂周期基l困(celldivisioncycle,cdc基因),它们控制着细胞分裂的启动及各个时相的转换。Cdc基因编码产物是蛋白激酶,参与调控细胞周期的G1期.S期,G2期.M期的关键点转换,周期蛋白和周期蛋白依赖性蛋白激酶结合为复合物在细胞分裂过程中起正向调节作用,参与G1.S期转换的调控。而p16蛋白会与周期蛋白竞争结合周期蛋白依赖性蛋白激酶,导致周期蛋白不能与周期蛋白依赖性蛋白激酶结合为复合物,从而抑制了细胞周期的正常进行【6】。一旦p16基因缺失或突变导致功能缺失,就不能抑制CDK4,最终导致细胞无限增殖,加速肿瘤发生。总之,p16基因是一种非常重要的新的抗癌基因,一旦失活,则会引起细胞恶性增殖【91。细胞衰老过程是借助于信号转导途径实现的【71。其中视网膜神经母细胞瘤蛋IX引言白(Rb)在细胞衰老信号通路中起重要作用。研究发现在衰老细胞中,低磷酸化是Rb的主要形式。这可能与激酶活力降低有关。周期蛋白激酶(CDK)在细胞增殖中有重要作用,它们的活性被周期蛋白激酶抑制因子(CDKinhibitor,CKI)所调控,周期蛋白激酶抑制因子(CDKinhibitor,CⅪ)与细胞衰老相关。CKl分为2个家族:第1个是INK4家族,第2个是Cip/Kip家族。INK4家族有4个成员:p16INK4a,p15INK4b,p18INK4c,p19INK4d。INK4家族CKI抑制CDK4.6激酶,参与调控Rb的非磷酸化使其处于生长抑制状裂51。Hara等【8】认为I№对p16蛋白有负反馈调节作用,最近发现p16蛋白能够促进磷酸化的I曲蛋白降解【26】。在衰老细胞中,Rb仅以其低磷酸化的生长抑制状态存在。这是因为在衰老细胞中,p16INK4a处于高水平表达,随着细胞分裂次数的上升,p16INK4a表达逐渐上调。进一步的研究发现p16基因在复制性衰老时多呈高表达,说明p16基因与细胞衰老有关。本研究首先构建p16过表达载体,然后将过表达载体转染293细胞,使用CCK.8法和流式细胞术观察细胞增殖和细胞周期的变化,以半定量PCR检测p16和衰老相关基因p21的表达,以Westemblotting法检测p16及其p21的表达变化。并进一步通过p.半乳糖苷酶染色实验检测p16高表达对细胞衰老的影响和调控。旨在探讨p16基因对细胞衰老的调控。为下一步沉默p16表达,延缓细胞和机体的衰老,延长机体寿命打卞基础。本论文共分为两个部分,第一部分:p16过表达载体的构建;第二部分:P16基因高表达对细胞衰老的调控及研究机制。P16过表达载体的构建第一部分:p16过表达载体的构建●。‘‘oo●一月IJ吾近年来,随着对衰老的深入研究,目前认为衰老是一种与基因相关的疾病,已经发现某些基因与细胞衰老密切相关。已有研究证明p16基因是细胞衰老的关键效应物,是遗传控制程序中的主要环节,它通过p16.cyclinD/CDK—Rb途径调控细胞周期,影响细胞的生物钟.细胞寿命和端粒长度,而非激活端粒酶起作用。近年来发现p16基因在细胞衰老过程中起重要作用,在复制性衰老时多呈高表达[12-15]。而确定一个基因在细胞生命过程中的作用就是要分析该基因在其特定发育时空模式中所具有的独特功能。目前基因功能分析中所用的主要方法包括基因敲除、RNA干扰、过表达、转基因、反义技术和显性负向突变策略。本实验使用的是过表达的方法,构建含有p16基因的重组载体pEGFPNl.p16。然后将其转染至细胞,研究其高表达对细胞增殖和衰老的影响。所以,本文的第一部分就是构建p16过表达载体。1材料与方法1.1材料1.1.1菌种与质粒感受态细胞大肠杆菌DH5a,PEGFP.N1质粒,该载体含卡那霉素抗性基因和GFP荧光标记基因。1.1.2细胞293细胞为本实验室保存细胞,用含有IO%FBS的DMEM/F12高糖培养基,在37℃、5%C02条件下培养,常规传代。在本实验用于总RNA的提取,逆转录cDNA,作为扩增p16全序列的模板。1.1。3主要试剂及设备电热恒温鼓风干燥箱上海新苗医疗器械有限公司P16过表达载体的构建胰酶细胞消化液恒温水浴锅4℃药名储藏柜C02培养箱一80℃低温冰箱移液枪质粒小提试剂盒PCR仪百级超净工作台微量震荡仪江苏省碧云天生物技术研究所赛默飞世尔仪器有限公司上海新苗医疗器械有限公司赛默飞世尔仪器有限公司赛默飞世尔仪器有限公司百得移液器天驰生物技术有限公司AppliedBiosystems赛默飞世尔仪器有限公司赛默飞世尔仪器有限公司1.2方法1.2.1RNA提取本实验采用Invitrogen公司的Trizol试剂提取细胞中总的RNA,操作步骤严格按照说明书的要求,具体如下:(1)将细胞消化后离心,转移至1.5mlEp管。f2)每管加lmlTrizol吹打均匀,室温放置5min。(3)分别加0.2ml氯仿(每1mlTriz01),振荡15s,40C12000rpm离心15min。(4)此时液体分三层,下层红相、中层有机相、上层无色相,将上层无色相小心转移于一干净的1.5mlEp管中。(5)加入等体积预冷的异丙醇,室温放置10min使RNA析出,4"C12000rpm离心10min。(此时可在管底看到沉淀)(6)小心去除上清液,加lml75%乙醇,涡旋,40C7500rpm离心5min。(7)弃上清,使乙醇挥发晾干,加入20或25ul无酶水。测A260/A280(正常1.8_2.1)及浓度。(8).80℃保存。注:操作过程中避免RNA酶的干扰,以防降解。1.2.2PCR引物设计根据Humanpl6INK4/MTSlmRNA序列(GenBank登录号为:U26727.1)Primer5.0设计引物上游5'-GCCGG△△鱼£!!ATGGTGCGCAGGTTCTTGGT-3’4P16过表达载体的构建和下游5’.CTAAT鱼鲤△££CAGCCAGGTCCACGGGCAGA.3’(下划线表示引入的酶切位点,酶切位点分别是HindIII,KpnI),以人总RNA为模板扩增p16开放阅读区的全序列,共421bp。(引物由上海生物工程有限公司合成)表1-1扩增人p16基因ORF序列的特异引物引物名称p160RF—sP160RF.aS引物序列(5'-3’)酶切位点HindlIIKpnI5'-GCCGG丛Q£ⅡATGGTGCGCAGGTTCTFGGT-3’5t.CTAAT鱼鲮△££CAGCCAGGTCCACGGGCAGA-3’注:下划线碱基表示引物设计时引入的酶切位点1.2.3重组载体的构建1.2.3.1总RNA的提取取对数期生长的293细胞,消化后离心,收集细胞。本实验采用Invitrogen公司的Trizol试剂提取细胞中总的RNA,操作步骤见1.2.1。1.2.3.2RT-PCR扩增目的基因A、逆转录(1)去除基因组DNA试剂5gDNAEraserBuffergDNAEraserRNARNase—freeddH20使用量2pL1pLlul加至总体积lO此将这10ul体系:42。C2min室温5min。(2)配制逆转录反应混合液,RT反转录合成cDNA,试剂5×BufferPrimerMixEnzymemix使用量4ullul1u110ulUpto20ul@RNAdH20按照反应条件在PCR仪上进行反转录反应合成cDNA(此条件可以依据实际P16过表达载体的构建情况优化):37。C,20min(反转录反应);85。C,5S(反转录酶的失活反应)。分装后一20℃保存备用。B、以新合成的cDNA为模板合成p160RF目的片段,PCR反应条件为:95℃,5mira95。C,30s;63。C,30s,72。C,30s,共35个循环;72℃,5min,4。C保存。反应体系如下:5×PrimeS揪rMdNTPBuffer10pL5gL1gL109Mp160RF—S101aMp160RF-asPrimeSTARrMHSDNAPolymeraseeDNAddHzO1此1gL5gLUpto509LPCR产物经1.5%的琼脂糖凝胶电泳分离,然后在凝胶成像系统中快速的将目的片段割胶回收,胶回收使用的是上海生工的胶回收试剂盒,纯化回收得到p160RF片段。1.2.3.3双酶切反应将纯化的p160RF片段和pEGFP.N1载体分别使用相应的限制性内切酶在37℃水浴中进行双酶切,反应时间约为6小时。双酶切反应体系如下:双酶切结束之后,酶切产物经1.5%的琼脂糖凝胶电泳分离,在紫外照射中6P16过表达载体的构建快速的将目的片段割胶回收,然后使用上海生工的胶回收试剂盒纯化回收的目的片段。1.2.3.4连接和转化将双酶切完全的p160RF片段和pEGFP-N1载体进行连接。连接所使用的连接试剂盒为TaKaRa公司的DNALigationKitVer2.0。连接反应总体积为10此,反应体系为:LigationSolutionI5此,HindlII和KpnI处理过的P160RF2p.L,HindlII和KpnI处理过的PEGFP-N13此,混合均匀,16℃连接过夜。然后按照下面转化的方法将连接产物转化到DH5a感受态细胞中。连接产物10I-tl转化感受态细胞大肠杆菌DH5a的操作步骤:(1)将已连接好的反应液lOul,加入装有50ulE.Coli感受态细胞管中,轻轻混匀,冰上放置30min。(注:感受态细胞很脆弱,取的过程要迅速放冰上。)(2)迅速置于429C水浴锅水浴90s后,迅速放入冰水中处理5min。(3)每管加入700ul不含任何抗性的液体LB培养基,250rpm、37。C培养lh,稍微离心弃掉600ul上清,吹匀后将剩余100ul菌液全部涂布在已倒好的加有卡那霉素的琼脂板上。(4)37。C正置培养1h,再倒置培养过夜(12.16h),第二天挑菌。1.2.3。5重组载体的鉴定在测序之前可通过菌液FCR鉴定转化是否成功。菌液PCR的反应体系与扩增p160RF的反应体系相同,以菌液做模板,使用p16上下游引物各1u1,(PCR参数:94。C5min;94。C30s,69。C30s,72。C30s,35cycles;72。C5min),对质粒转化做鉴定。PCR产物经1.5%琼脂糖胶电泳检测后,将阳性克隆送生工测序。取lml菌液,分400ul于1.5mlEP管中送上海生物公司测序,另600ul加30%的甘油保种放置于.80℃冰箱,备用。1.2.3.6质粒的提取在超净台,将保种的100ul菌液加100mlLB液体培养基(Kan+)加到锥形瓶中,200rpm、37℃摇床过夜。第二天用OMEGA公司的E.Z.N.A.⑧Endo.FreePlasmidMiniKit提取用于注射的无内毒素质粒。(1)取100.200ml菌液用50ml离心管4500rpm室温离心8min,收集菌体沉淀。P16过表达载体的构建(2)去上清,加lOmlSolutionI/RNaseA,涡旋或用枪吹打重悬菌体。(3)加10mlSolII,来回颠倒15次轻柔混匀,得到澄清裂解液。(4)加5mllcedBufferN3,颠倒几次至出现白絮沉淀,室温2-3min。(5)准备结合柱--an5mlBufferGPS至结合柱中,室温放置3.10min,4500rpm离心5min,弃滤液,将柱子插入50ml收集管中。(6)将第(4)步获得的溶液及沉淀全部转移至针筒式过滤器中,室温放置2min后推压过滤器,用一个新的50ml离心管收集滤出的清液。此步可用“15000rpm4。C离心10min得上清”代替。(7)第6步获得清液后,加入0.1体积4。C放置的ETRBindingBuffer,混匀7.10次。冰上10—20rain,42℃水浴5min,4500rpm离心5min(去ETR).加入0.5无水乙醇,2min。(8)结合质粒一把准备好的结合柱插入50ml收集管,小心转移混合液至结合柱里,4500rpm3.5min,弃滤液。(9)重复第8步,至所有上清都过滤完,弃清液。flO)J;H10mlBufferEHB到结合柱上,4500rpm,离心3min。(11)力1110mlDNAWashBulyer到结合柱,4500rpm,离心3min。(12)空转一把空柱子套回离心管,最大转速不超6000rpm,离心10—15min,干燥柱子。(13)进一步干燥柱子一把柱子转移真空抽滤装置上抽滤10min,或把柱子放65。C恒温箱10.15min。f14)把结合柱套在一个新的50ml离心管中,加入1.3mlEndotoxinFreeElutionBuffer(50。C预热洗脱液效果更好)室温放置2-5min,最高转速离心洗脱质粒DNA3min。(15)用分光光度计测量提的质粒DNA的浓度。2结果2.1总RNA提取结果RNA提取结束之后取lulRNA产物经1.5%琼脂糖凝胶电泳分离(如图1.1),结果显示有清晰的三条带,分别为28S、18S、5s,而且28S条带的亮度约为18SP16过表达载体的构建的两倍,说明提取的总RNA十分完好。紫外分光光度计测定A260/A280bL值为1.97,RNA浓度为505ng/ul,说明提取的IⅢA不存在DNA污染和蛋白质污染,RNA浓度合适且纯度较好,可以用于下一步实验分析。12328518555图1.1RNA电泳结果2.2p160RF电泳结果以人。营,RNA为模板,用含有HindlII和KpnlT2酶切位点的p16aJI物扩增人p16的ORF序列。由于目的片段在胶回收纯化过程中有损失,本实验PCR时做了50ul体系,以获得足够量的目的片段。PCR结束之后产物经1.5%琼脂糖凝胶电泳分离,结果发现在400.500bp之间出现很亮条带(如图1.2),由于p160RF片段为421bp,此结果说明我们设计的引物特异性非常高,p160RF序列扩增成功。MP16bpbpbpbDbp图1.21916全序列的合成2.3目的片段和质粒双酶切后电泳图谱目的片段和空质粒经HindlII和KpnI于37℃水浴中双酶t刃6-8h(609l体t系:Hind3:39l,KpnI:39l,10xMbuffer:69l,DNA:30u1),然后将酶切产物经1.5%9P16过表达载体的构建琼脂糖凝胶电泳检测酶切效果(图1.3)。电泳图谱显示p16在400bp.500bp之间出现明亮的单一条带,而PEGFP.N1表现也为单一条带。由于质粒DNA通常情况下以超螺旋、开环或线性形式存在,而我们采用碱裂解法提取的质粒以超螺旋结构为主(开环次之,线性的最少),所以电泳表现为2.3条带。但是酶切之后质粒DNA则全部变为线性结构,所以电泳显示只有一条带。因此,电泳结果说It韭Jpl60RF和空载体PEGFP.N1已经被酶切完全。骐p{6镑渤毒蹴3渤:潮{∞酶图1.3目的片段p16和质粒PEGFP—N1双酶切结果2.4重组质粒菌液PCR鉴定结果双酶切之后的目的片段和空质粒连接转化大肠杆菌DH5a后涂板,阳性克隆挑菌后菌液PCR,(具体操作步骤同前面),共做了15个样,1.5%琼脂糖凝胶电泳结果显示(如图1.4),第3、5、6、7、11、14泳道在400bp.500bp2_f司出现对应条带。说明第3、5、6、7、11、14泳道目的片段有可能已正确插入载体PEGFP.N1,对应的菌液做进一步进行测序鉴定。^,{35671114500bp300。0bbpp200bp100bO图1.4菌液PER后1.5%琼脂糖凝胶电泳结果10P16过表达载体的构建2.5重组质粒双酶切鉴定重组质粒小提之后,可对重组质粒经HindlII和KpnI双酶切,1.5%琼脂糖凝胶电泳结果(图1.5),最左边点Marker,1泳道上样为空质粒,空质粒以超螺旋、开环或线性形式存在,电泳之后会出现三条带。2泳道上样为双酶切过的重组质粒,如果目的片段成功的连接入载体,那么双酶切之后应该得到相应的目的片段和线性的载体片段。电泳结果显示在400.500bp之间有一条明显的条带,即为目的片段,而上面的大片段即为切开的质粒条带。这一结果说明重组质粒中己插入目的片段p160RF。M12.一pl6图1.5重组过表达质粒双酶切电泳图(1为空质粒,2为酶切后的重组质粒,最左边是DNAMarkker)2.6重组过表达质粒测序双酶切鉴定法可以初步的鉴定是否将目的片段连接入载体中。但是为了更准确确保过表达载体PEGFP.P16.N1构建成功,插入的片段连接正确,没有基因突变,可进一步选择阳性的重组质粒送生工测序。然后将人p160RF原序列和PEGFPNl.P16测序结果用iellyfish软件比对,结果完全一致(黄色标注部分),没有碱基突变或移码,翻译氨基酸也完全相同说明过表达载体pEGFPNl.P16构建成功(图1.6)。P16过表达载体的构建人p1601砸G嘶酶r再妊,磷、一j立^一"譬.¨祛,i。?¨●:j誓?:≯、一_≯t、F”.。叠霄?‘jj:4矗,j蹦7TTC:j钙jj?“1^6测——。一。囊“硝,7+jr。≯,。_".ji_寥¨一.“”¨=一。。l一《:≯”aa=cttatggtgcgcag出tottgEtE州ctccgg“tcg#cgcgc乱gcggcccEccgcgigtgqg乱tttc乱ggttc哪CoⅢⅢs6测tcacgggggagtgggc95cg㈨ggggcg㈣gc。gctgtggccetcgtgctgatgctactg^ggagceagcgtctagggc丝!:!!兰!型!垫!兰!c:i“?r#:ii叠i以,i二.h、订,H:i‘。。z::、瓣:、,、。、砧。?j:÷÷j*一:。?tF’’j:¨?ATz≯’≮≈王=蠹珏,。人p160礤*,=∥“^j?…ji.zB测臂?j或i:077MiCt-。i??疆茁f’越嚣麓,谴?o::7t。r’pz强,一¨I?奠ij·矗?^c瓮T蚶瓤瓮?_虻:^弦?口辨’i人p160疆越一越。文矗c??z戈ii祛?c:二j筒Aci戈甜÷河:i二。娃、≮t。:::?r’瓤K^f誓T:譬辩zj瓮A_:、?oz::氓地;xPEGFPNI—P16测!“:一“o。t二_一。~.“..。…~尘:::_二::兰二兰!_=二:兰。.竺:兰:二:竺二二羔三二:.::!二三::.兰兰:兰!!二塑竺cggctggaegtgcgc‘|tgcctgg“ccnct‘ccc乱‘g州t‘ect‘‘醇tco图1.6PEGFPNl-P16测序结果与p160RF原序列比对图3讨论和小结p16基因是一种抑癌基因,是细胞衰老的关键效应物,它在复制性衰老时多呈高表达。研究还发现其表达产物直接参与细胞周期的调节,是细胞周期重要的负调节因子【l6’201。随着研究的深入,P16与细胞衰老关系的研究也成为生物学研究的热点。为研究p16在细胞中的功能,本实验使用的过表达的方法检测p16高表达对细胞衰老的影响。因此需首先构建p16过表达载体。p16全序列合成时,为避免在PCR扩增过程中引入的偶然突变,本实验在扩增p160RF序列时选择的是T水aRa公司扩增效率高,保真性能强I钓IDNA聚合酶(PrimeSTARHSDNAPolymerase),该酶能够大大降低延伸时间,提高扩增的能力,使其能够在更短的时间里扩增更长的DNA片段,这样为保证实验准确性,实验的稳定性打下基础。另外,由于电泳分离、酶切、胶回收和纯化过程中都不可避免的会有一部分目的片段损失,因此为了获得足够数量的目的片段,本实验在PCR时采用的是50ul的反应体系,以期酶切后能够回收得到尽可能多的目的片段。同时,目的片段胶回收和纯目的片段胶回收和纯化过程中,要尽可能减少DNA的损耗,质粒小提最后加水溶解DNA,可先将无酶水在50.60度水浴锅预热,更有助于洗脱回收柱上的DNA,提高回收率,最大限度的降低目的片段的损耗。另一方面,构建过表达载体过程中载体的选择非常重要,本实验选用PEGFP.N1做为载体,首先该载体含有GFP荧光蛋白,转染细胞之后便于观察,P16过表达载体的构建载体与目的片段要连在一起,构成过表达载体,就要确保目的片段和载体含有相同的酶切位点。本研究qbpl6和PEGFP.N1相同的酶切位点是HindlII和KpnI,值得注意的是要保i,JEpl6的开放阅读区内不含这两种酶,避免目的基因被切开。而转化过程中,本实验选择大肠杆菌DH5a作为感受态细胞,转化效率高,感受态细胞较为敏感,操作时一定要按照说明书,阳性单克隆的挑选,要保证载体构建的成功,除了双酶切提取质粒之外,并送测序,并用序列比对软件比对,已确保载体构建完全成功。根据本课题组的前期研究经验,本实验通过合成含有双酶切位,点的p16全序列,含有双酶切位点的目的片段和载体双酶切之后连接转化感受态细胞,阳性克隆的挑选,质粒小提,测序,从而成功合成p16过表达载体。测序结果用jellyfish软件比对,合成的p16过表达载体序列与原序列完全匹配,结果表明载体构建成功,适用于后续实验。总之,该部分实验为后续研究奠定了坚实的细胞基础。P16基因高表达对细胞衰老的调控及机制研究第二部分:Pl6基因高表达对细胞衰老的调控及机制研究●。‘-‘-·‘一月U吾研究表明,细胞衰老是遗传上的程序化结果,是受某些基因控制的,例如p16基因,p21基因,p19基因,p53基因掣21。261。Han等【27】在人类成纤维细胞中发现,p16能增加p21蛋白的稳定性,而p21贝0通过转录因子Splj而激活p16基因表达,二者协同抑制细胞周期。细胞周期的停滞是细胞衰老的前提,细胞衰老伴随着细胞形态的改变和相关基因表达的变化,已有研究表明,p16,p21或p53的增加己足以引起细胞衰老。P16基因是细胞周期中的一种基本基因,其表达产物直接参于细胞增殖的负调节,P16基因编码产物是16KD的蛋白,P16蛋白是作用于细胞分裂周期(CellDivisionCycle)关键酶之一的CDK4的抑制因子。近年来发现它在细胞衰老过程中起重要作用,它在复制性衰老时多呈高表达。p16INK4a/Rb是细胞衰老的重要通路,细胞衰老过程是借助于信号转导途径实现的。其中,视网膜神经母细胞瘤蛋白Rb在细胞衰老信号通路中起重要作用。视网膜神经母细胞瘤蛋白(Rb)通过自身磷酸化和非磷酸化在细胞周期中发挥调控作用,低磷酸化或者是未磷酸化状态Rb可与转录因子结合,从而抑制转录因子的转录激活功能,对细胞周期进行负调控,Rb的活力受到磷酸化/脱磷酸化的控制。在细胞周期的初始阶段,Rb没有被磷酸化;在G1、S、G2期和M期,大多数Rb已经被磷酸化。在Gl期,Rb在细胞周期发挥调控作用是通过细胞周期蛋白激酶(CDK)来调控Rb的磷酸化来实现的,从而在细胞周期发挥调控作用。Rb在细胞周期早期的磷酸化由CDK4/6与CyclinD复合物来负责,p16蛋白和周期蛋白竞争结合周期蛋白依赖性蛋白激酶,导致周期蛋白不能与周期蛋白依赖性激酶结合为复合物,周期蛋白依赖性蛋白激酶不能被激活,从而Rb不能被磷酸化,低磷酸化Rb不能释放E2F转录因子,转录过程不能正常进行,细胞周期停滞。本研究在成功构建p16过表达载体的基础上,将过表达载体转染293细胞,并设正常对照组和阴性对照组,通过CCK-8法和流式细胞术分别观察其对293细胞增殖和细胞周期的影响,进一步通过RT.PCR和Westernblotting检测转染前后p16年Hp21E26-27]在基因水平和蛋白水平的表达。14P16基因高表达对细胞衰老的调控及机制研究1材料与方法1.1材料293细胞为本实验室储备的细胞。1.1.1主要试剂及设备试剂及设备CCK.8试剂盒哺乳动物蛋白抽提试剂兔抗人p21多克隆抗体兔抗人p16多克隆抗体鼠抗13-actin单克隆抗体辣根过氧化酶标记山羊抗小鼠二抗辣根过氧化酶标记山羊抗兔二抗,高灵敏度化学发光检测试剂盒苯甲基磺酰氟PMSF甘油北京康为世纪生物技术有限公司北京康为世纪生物科技有限公司北京鼎国昌盛生物技术有限责任公司北京鼎国昌盛生物技术有限责任公司来源江苏省碧云天生物技术研究所北京康为世纪生物科技有限公司北京博奥森生物技术有限公司北京博奥森生物技术有限公司北京康为世纪生物科技有限公司北京康为世纪生物科技有限公司过硫酸铵AP脱脂奶粉蓝色预染中分量蛋白Marker显影液和定影液多功能酶标仪(SJ.8型)流式细胞仪(BD垂直板电泳槽半干转膜仪水平摇床微波炉雪花制冰机(SIM.F124型)4。C低温离心机Canto北京鼎国昌盛生物技术有限责任公司美国BD北京康为世纪生物科技有限公司,北京鼎国昌盛生物技术有限责任公司上海圣荷西医疗用品有限公司美国BectonDickinson公司北京六一仪器厂美国伯乐Bio.Rad北京六一仪器厂顺德市格兰仕电器实业有限公司日本三洋郑州大学一附院重点实验室提供II型)P16基因高表达对细胞衰老的调控及机制研究柯达胶片和暗盒PVDF膜96孔培养板6孔培养板15mL塑料离心管50mL塑料离心管1.1.2主要试剂的配制北京鼎国昌盛生物技术有限责任公司MILLIPORECostarUS.ACostarUS.AComingComing(1)10mmol/LPMSF:称取0.0879PMSF粉末,加入50mL异丙醇溶解,一般置于.20℃保存。PMSF有剧毒,配制时要带手套和口罩,操作一定要小心。(2)10%SDS:准确称取lgSDS,溶解于9mL的双蒸水中,50。C水浴使其溶解,最后用双蒸水定容至10mL,放置室温保存。(3)10%过硫酸胺(AP):称取0.29AP粉末,溶解于2mL双蒸水中,搅拌溶解后置于4℃短期保存。(4)1.5mol/LTris’HCI(pH8.8)-称取11.369的Tris粉剂(MWl21.14),溶解于500mL双蒸水中,完全溶解后用浓盐酸调pH至8.8,最后用双蒸水定容至62.5mL,放置室温下保存。(5)1.0mol/LTris‘HCI(pH6.8)-称取7.579的Tris粉剂(MWl21.14),溶解于50mL双蒸水中,完全溶解后用浓盐酸调pH至6.8,最后用双蒸水定容至62.5mL,室温下保存。(6)30%Acr/Bic:称取O.59甲叉双丙烯酰胺(Bic)和14.59丙烯酰胺(Acr),溶于50mL双蒸水中,4。C避光保存,使用时恢复至室温即可。(7)20%Tween20:量取10mLTween20,用双蒸水定容至50mL,混匀后,4"C保存。(8)O.15mol/LNaCI:称取0.43859NaCl(MW58.44),溶解于双蒸水中至50mL,高温灭菌后室温下保存。(9)100mg/mLBSA:称取0.29牛血清白蛋白(BSA),溶解于2mL0.15mol/LNaClBSA饱和溶液中,置于.20。C保存。绘制蛋白浓度标准曲线时,将100mg/mL用O.15mol/LNaCl稀释100倍制成浓度为lmg/mL蛋白标准品。(10)还原型5xSDS上样缓冲液:将2.5mL1.0mol/LTris·HCl(pH6.8),0789二硫苏糖醇(DTT),1.09十二烷基硫酸钠(SDS),0.059溴酚蓝,25mL甘油,16P16基因高表达对细胞衰老的调控及机制研究加入双蒸水溶解后,定容至10mL,分装于1.5mLEP管中每份lmL,40C保存。(11)电泳缓冲液:称取lgSDS,18.779甘氨酸(MW75.07),3.039Tris(MWl21.14),用双蒸水定容至1L后,室温保存,溶液可重复使用。(12)膜转移缓冲液:5.89"Iris(MW121.14),0.379SDS,2.99甘氨酸(MW75.07),200mL甲醇,溶解于1L双蒸水后室温保存,溶液可重复使用3~5次。(13)TBS缓冲液:将8.89NaCl和10mL定容至1L,室温保存。1.1.3细胞的复苏和培养从液氮罐中快速的取出冻存的293细胞,用镊子夹紧冻存管的顶部放37oClmol/LTris·HCl0H7.5)溶解于蒸馏水中,水浴锅中并快速摇动,当细胞冻存液已经大部分溶化后,用75%酒精棉球擦拭冻存管外壁,在超净工作台中然后立刻将细胞冻存液移入细胞接种入75ml培养瓶中,加入10ml含有10%FBS的高糖培养基,然后将细胞培养瓶置于37oC、饱和湿度、体积分数为5%的C02培养箱中卧式培养,在培养箱中旋开一点瓶口,使细胞通气,24h后观察细胞的贴壁情况及形态,并进行首次全量换液,弃去未贴壁的状态不好的细胞。定期观察细胞形态与数量变化。正常情况下细胞贴壁生长良好,平均2~3d传代一次。选择处于对数生长期的细胞备用。1.2方法1.2.1脂质体转染用Invitrogen公司的Lipofectamin2000转染试剂盒转染细胞,操作步骤严格按照说明书的要求,以24孔板为例,具体如下:(1)转染前一天,用500ul的无抗生素的正常培养基接种O.5.2x105的细胞,第二天当细胞达到70%的汇合进行转染。(2)对要转染的样品,进行如下操作:a:在EP管中分别加入50ul无血清无抗生素的培养基和0.8ugDNA,轻柔混匀,制成DNA稀释液。b:在另一个EP管中,分别加入50ul无血清无抗生素的培养基和2ulLipofectamin2000轻柔混匀,室温静止5min。17P16基因高表达对细胞衰老的调控及机制研究C:将DNA稀释液和Lipofectamin2000稀释液轻柔混匀,室温静止20min,形成DNA—Lipofectamin2000复合物。(3)DNA.Lipofectamin2000复合物加到要转染的细胞中,特别注意的是,要一滴一滴的加复合物,边加边轻轻摇动。(4)37℃培养箱培养4.6h后,更换含有血清的正常培养基,继续培养18.48h。本实验待培养的293细胞达到70%融合时,取3瓶75ml正常培养的293细胞,分别作为正常组,转染空质粒组,转染p16过表达载体组,DNA与转染试剂lip2000的比例是8ug:20ul。向转染培养瓶中加入配好的DNA与转染试剂lip2000的混合液,轻轻晃动瓶子,使混匀。另一瓶正常培养的细胞做对照,37。C,5%C02饱和湿度培养箱中培养,48小时之后再荧光显微镜下观察GFP表达。1.2.2流式细胞术检测转染效率(1)分别收集正常组,转染空质粒组,转染p16过表达载体组的细胞,1000r/min离心5min。(2)加入2-3mlPBS清洗2遍,离心弃去PBS。(3)加入适量PBS重悬细胞,调整细胞浓度为lxl06/ml,转入FCM测试管上机测试。1.2.3CCK-8法检测pl6对293细胞增殖的影响转染本实验采用CCK一8法检测p16对293细胞增殖的影响。方法如下:24小时后,接种于96孔培养板,每孔等量接种100ul细胞悬液(约2500个/孔),每组设3个复孔。接种后24h采用CCK.8法检测,每天同一时间加入10ulCKK.8溶液,于细胞培养箱中继续培养2h,检测细胞在A450nm波长下的吸光值,实验重复3次,以正常生长的293细胞为对照组计算细胞增殖率。连续测五天,记录数据,绘制柱状图。1.2.4流式细胞术检测p16对293细胞周期的影响采用流式细胞术检测p16转染之后对293细胞周期的影响,具体操作如下:(1)收集(2.5)×106/m1的细胞总数,1000r/min离心5min。(2)加入2-3mlPBS清洗2遍,离心弃去PBS,加入O.5ml的PBS重悬细胞。(3)加入2ml70%的冰乙醇(用之前在.20度预冷)固定,放于4度冰箱过夜。P16基因高表达对细胞衰老的调控及机制研究(4)第二天,1000r/min离心5min弃去冰乙醇。(5)加入3ml的PBS洗2遍,1000r/min离心5min弃去PBS。(6)加入0.5mlPBS重悬细胞,静置。(7)加入2.5ul浓度为10ug/ulRNA酶,震荡混匀。(8)放入37度水浴锅30min,迅速置于冰上冷却15min,终止RNA酶的作用。(9)避光加入PI终浓度为50ug/ml,即加入100ug/ml的P1500ul。(Io)放于4度冰箱,避光保存不少于30min,转入FCM测试管上机测试。(1D上机测试时,PI用氟离子激发荧光,激发光波长是488nm,发射光波长大于620nm。1.2.5RT-PCR检测pl6和p21的表达RT.PCR检测正常组,转染空质粒组,转染p16过表达载体组的293细胞中的p16和衰老相关基因P21的表达,GAPDH作为内参。2.1.PCR反应体系如下表:试剂上下游引物cDNA相应的引物序列见表使用量各lgL2ul10ulupto20ulMiXdH20PCR反应条件为:95。C,5min;95。C,30s;63。C,30s,共35个循环;72。C,5min,4。C保存。表1.2引物名称F增Humanpl6,p21,G_PD腱因序列特异性引物引物序列(5’一3’)片段大小退火温度55℃Humanpl6-sHumanpl6-asHumanp21-SHumanp21一aSHumanGAPDH.sHumanGAPDH.nsCTTCCTGGACACGCTGGTGGGATGTCTGAGGGACClvrTGTCCGTCAGAACCCATGGTGGGAAGGTAGAGCTrGGGGAGCCAAAAGGGTCATCATCTCGAGGGGCCATCCACAGTCTI’CT23lbp53℃219bp63℃】97bpP16基因高表达对细胞衰老的调控及机制研究1.2.6各组中pl6和p21蛋白的表达1.2.6.1细胞内总蛋白的提取(1)分别将正常组,转染空质粒组,转染p16过表达载体组293细胞消化,1000r/min离心5min。(2)用2.3m1PBS漂洗两遍,1000r/min离心5min,加入适量蛋白抽提试剂(2×106个细胞加200ul的抽提试剂),冰上孵育20min,让细胞充分裂解。(3)14000r/min离心5—10min。(4)转移上清液至新的离心管中,并用考马斯亮蓝标准曲线法测蛋白浓度。(5)各管加入5×溴酚蓝溶液(上清液与5×溴酚蓝溶液的比例一4:1),在水浴锅上煮10min。即可放入。20℃冰箱。1.2.6.2蛋白质的SDS—PAGE电泳A凝胶的制备10ml12%分离胶的配制:3.3ml4.0ml2.5ml0.1m10.1ml0.004ml去离子水30%聚丙烯酰胺溶液1.5MTris-CI(PH=8.8)10%SDS10%APSTEMED4ml5%浓缩胶的配制:2.7ml0.67m10.5ml0.04ml0.04m10.004ml去离子水30%聚丙烯酰胺溶液1.OMTris-CI(PH=6.8、10%SDS10%APSTEMEDB灌胶和电泳(1)取出长短不一的两块玻璃板,用自来水洗净,再用蒸馏水冲洗一次,37。C烘干。(2)玻璃板封闭好以确保不漏胶。(3)分离胶的制备:根据所需分离胶浓度取上述各种试剂,摇动溶液混匀,将凝P16基因高表达对细胞衰老的调控及机制研究胶溶液注入两层玻板中,不要产生气泡,持续注入至液面距梳齿2.3厘米处,在液面上注入一层水封闭。以隔绝空气,室温放置25min.35min,直至凝胶形成。(4)浓缩胶的制备:待分离胶完全聚合,轻轻倒掉上层液体,并用滤纸吸尽残液。混匀浓缩胶,在分离胶上面用枪慢慢注入浓缩胶液至玻板顶端,然后插入梳子,室温下聚合25min。(5)浓缩胶完全聚合后,轻轻取下梳子,电泳缓冲液洗涤加样槽除去聚合的丙烯酰胺:凝胶板安置于电泳槽,在内外槽均注入电泳缓冲液。(6)按20ul/每空样量点样。90V,30min,下层胶100V,90min。(7)结束后,取出凝胶夹层,放在吸水滤纸上,用尺子掀起上面的玻璃平板,暴露凝胶板,用刀片切下所要蛋白大小的胶。1.2.6.3蛋白质转膜(1)切下所需蛋白大小的胶后,用剪刀剪下比胶稍微小点的滤纸片,比胶稍微大点的PVDF膜,制作由3层滤纸一分离胶一PVDF膜一3层滤纸组成的“夹心饼”结构。(2)放到转膜仪内,加入转膜液。(3)接通电源,时间20min,转膜电压为20v。1.2.6.4膜的封闭及抗体结合(1)转膜结束后取出PVDF膜,用镊子轻轻夹其放入平皿中,加入5%脱脂奶粉封闭液,水平摇床上轻轻摇动,室温封闭lh。(2)加入相应量一抗(用5%脱脂奶粉稀释),水平摇床上缓慢摇晃lh,放入4。C冰箱过夜。(3)第二天取出PVDF膜,放到干净的培养皿内,加适量TBST,在水平摇床上摇晃洗涤10min后更换TBST,洗膜3次:(4)加入用5%脱脂奶粉稀释的二抗稀释液,室温孵育lh,加适量TBST,每次10rain,洗3次。1.2.6.5显色在暗室内用吸水纸将PVDF膜擦干,EcL液中浸泡显色,然后用吸水纸擦干PVDF膜上的ECL液,将膜放置在暗盒内,再放入x胶片曝光。取出胶片,放入自动显影机冲洗,晾干后用扫描仪扫描结果。P16基因高表达对细胞衰老的调控及机制研究1.2.7B一半乳糖苷酶染色将正常组,转染空质粒组,转染p16过表达载体组细胞分别铺于六孔板,检测p一半乳糖苷酶的表达。(1)吸取细胞培养液,加入lmlJj半乳糖苷酶染色固定液,室温固定10min。(2)吸除细胞固定液,用PBS洗涤细胞3次,每次3min。(3)吸除PBS,每孔加入lml染色工作液。染色工作液的配置:B半乳糖苷酶染色液A10mul,p半乳糖苷酶染色液B930ul,X.Gal溶液50u1)(4)37度孵育20min至2个小时,或者更长时间,直至部分细胞的颜色变蓝。(5)普通光学显微镜下观察。10mul,p半乳糖苷酶染色液C2实验结果2.1pl6过表达载体转染293细胞于6孔板铺板293细胞,待细胞达到70%融合时进行脂质体转染。本实验分为三组,分别为正常组,转染空质粒组和转染过表达载体PEGFPNl一P160RF组。转染48小时后GFP的表达量达到最高,于此时在荧光显微镜下观察GFP的表达并检测转染效果。结果显示,空质粒组和过表达载体组都能明显观察到有GFP的表达,而且转染空质粒组的荧光强度高于转染过表达载体组。这是因为空质粒转染效率比较高,所以在荧光显微镜下其GFP较过表达组亮(如图2.1)。图2.1空质粒和重组质粒转染293细胞(20×)GFP观察(A图为正常组,B图为空质粒转染293细胞48小时,C图为过表达载体转染293细胞48小时)然后,收集三组293细胞,用流式细胞术检测其转染效率(如图2.2),结果显示,相比较正常组,转染过表达载体组293细胞的转染效率为35.1%,转染效率达到50.5%。质粒转染效率比较高,这可能与p16高表达抑制了细胞的增P16基因高表达对细胞衰老的调控及机制研究殖有关。,;‘。i飞i留2.2奠…。.,。……,。,,。…。,’;≥藏蠹藜》誓簿淤“““薹『『:纛。。……。。黧?“冀≮、一i…、……。二二’,正常组转染空质粒组转染过表达载体组图2.2正常组,转染空质粒组,转染过表达载体组293细胞转染效率pl6高表达对293细胞增殖的影响正常组,转染空质粒组,转染过表达载体组的293细胞,用CCK.8法检测其增殖情况,以时间为X轴,吸光值为Y轴绘制293细胞的生长曲线。如图2.3所示,293传代培养1~2d为迟缓期,细胞增殖较慢;传代培养2~5d为对数生长期,细胞增长迅速;传代培养6 ̄7d为平台稳定期,细胞的增长速度逐渐下降,增殖减慢。由正常组,转染空质粒组,转染过表达载体组293细胞生长曲线可知,转染过表达载体组,转染空质粒组细胞的增殖速度比正常组的细胞明显下降,转染空质粒组细胞的增殖速度比正常组的细胞增值速度慢,说明转染试剂对细胞造成伤害,细胞增殖缓慢。转染两天之后,过表达载体组增殖速度明显下降,说明p16过表达能够影响293细胞的增殖。1OO8+正常组t转染芏质链组士转染过表达载悻强06单QoO4020O012J436/培葬天数图2.3正常组,转染空质粒组,转染过表达载体组293细胞的增殖情况。2.3p16高表达对293细胞周期的影响对正常组,转染空质粒组,转染过表达载体组293细胞正常培养48h后,消化收集细胞进行固定染色,流式细胞仪检测293细胞的周期情况。结果发现,与正常组相比,转染空质粒组、转染过表达载体组293细胞在G0/G1期的百分P16基因高表达对细胞衰老的调控及机制研究比由59.25%分别增加至62.25%和71.17%;同时伴随着S期百分比的减少。即在这个过程中,G0/G1期的百分比逐渐上升,而S期的百分比逐渐下降。这个过程中G2/M期百分比变化较小,可以粗略不计(图2.4)。该结果说明p16过表达载体的转染能够抑制293细胞的生长,并将细胞周期阻滞在G0/G1期。A8耱缝遥魏德终豳隧捌蝴确蕊鲻馘图2.42.4A图p16对293细胞周期的影响B图统计学分析结果。RT—PCR检测转染前后pl6,p21的表达提取正常组,转染空质粒组,转染过表达载体组293细胞的总RNA,分别逆转录,RT.PCR检测不同组中p16,p21的表达,GAPDH作为内参。电泳结果显示(图2.5)t常组与转染空质粒组的p16表达变化不明显,转染过表达载体组中p16的表达明显上升;另一方面,正常组与转染空质粒组中p21表达变化不明显,而转染过表达载体组中p21表达明显上升,这一结果说明p16转染成功,另外p16过表达导致细胞中与衰老相关的标记基因p21表达明显上升,也就是说p16的表达与细胞衰老呈现正相关。堕旦鱼图2.5正常组,转染空质粒组,转染过表达载体组293细胞中p16,p21的表达(1为正常组,2为转染空质粒组,3为转染过表达载体组;M为DNAMarker,G为GAPDH)24P16基因高表达对细胞衰老的调控及机制研究2.5WesternbIotng检测转染前后p16,p21的表达通过Westernbloting检测正常组,转染空质粒组,转染过表达载体组293细胞中p16,p21的蛋白表达情况,13-actin作为内参。结果显示正常组,转染空质粒组中p16和p21的蛋白表达变化不明显,而转染过表达载体组p16和p21的蛋白表达量明显上升(如图2.6)。这些结果表明p16过表达载体的转染,导致了293细胞中p16高表达,说明转染成功。另一方面转染p16过表达载体可以上调细胞衰老相关标记基因p21的表达,说明p16可能通过促进p21的表达导致细胞衰老。An移;秀淄{溯-慧;II辫:i∥酶燃女?髅黛一瓣蹴释必释甜曝嫩毋,鬓霪l黎霞愿鬻溪p’麓麟蠢雾栽蠢一一一鬻一甜扣l_厨l豢y鬈¥图2.6A图为293细胞中B—actin,p16,1921的蛋白表达情况(图中1为正常组,2为转染空质粒组,3为转染过表达载体组)。B图为p16,p21的蛋白表达的灰度值分析图。2.6B一半乳糖苷酶染色正常组,转染空质粒组,转染过表达载体组的293细胞转染24小时之后,按照碧云天的p.半乳糖苷酶染色试剂盒染色中操作步骤进行染色,12.18小时之后用普通显微镜观察D.半乳糖苷酶的染色情况。如果细胞被染色,说明细胞中有与衰老相关的13.半乳糖苷酶的表达。该实验中转染过表达载体组在显微镜下明显看到细胞变蓝色的部分,蓝色的部分就是该组细胞中表达13半乳糖营酶被B一半乳糖苷酶染色剂所染色,但是细胞状态不好,出现细胞碎片,细胞脱落,这说明转染试剂Lip2000对细胞伤害很大,而正常培养的细胞和转染空质粒组的293细胞均无细胞变蓝,正常组状态较好,培养界面也很清晰,转染空质粒组细胞状态较正常培养组差,说明了p16过表达载体的转染,引起细胞的提前衰老,P16基因高表达对细胞衰老的调控及机制研究p.半乳糖苷酶的表达显著上升(如图2.7)。图2.7正常组,转染空质粒组,转染过表达载体组的293细胞中13一半乳糖苷酶的着色情况(A组为正常培养293细胞40X:B为转染空质粒组293细胞40×:C组转染的过表达载体组293细胞)3讨论Han等【27】在人类成纤维细胞中发现,p16能增加p21蛋白的稳定性,p21则通过转录因子Spl而激活p16的基因表达,协同抑制细胞周期。细胞周期的停滞是细胞衰老的前提,细胞衰老伴随着细胞形态的改变和相关基因表达的变化[34-41】,已有研究表明,p16,p21,或p53的增加己足以引起细胞衰老。本实验选择293细胞(人肾上皮细胞系)作为转染细胞,相比较本实验室前期实验选择的间充质干细胞,其具有很高的转染效率,给本实验提供极大方便。在本实验过程中选用脂质体转染的方法。脂质体(LR)试剂是阳离子脂质体DOTMA和DOPE的混合物(1:1)。它适用于把DNA转染入悬浮或贴壁培养细胞中,是目前条件下最方便的转染方法之一。转染率高,优于磷酸钙法,比它高5.100倍,能把DNA和RNA转染到各种细胞。有研究表明利用脂质体介导p16cDNA真核表达质粒载体转入p16阴性的人红白血病细胞株(K562),发现细胞增值受到抑制,细胞凋亡速率增加。本实验中转染后通过CKK-8检测细胞增殖,流式细胞术测细胞周期,转染前后,细胞周期发生明显变化,p16基因在一定程度上抑制了细胞增殖,细胞周期在一定程度上被阻遏。另一方面,通过RT.PCR和WesternBlotting检测了转染各组中p16和与衰老相关的标记基因p21的表达变化。结果显示,转染过表达组的293P16基因高表达对细胞衰老的调控及机制研究细胞中p21表达有所上升,说明p16可以促进p21的表达,继而在细胞衰老过程中发挥作用。还有报导称腺病毒介导p16基因导入神经胶质瘤细胞后,p16蛋白和周期蛋白(cyclinD)竞争结合周期蛋白依赖性蛋白激酶(CDK),导致周期蛋白(cyclinD)不能与周期蛋白依赖性激酶(CDK)结合为复合物,从而阻止Rb蛋白磷酸化,细胞周期停滞于G1晚期,细胞增殖受到抑制。而本实验运用细胞生物学技术检测p16高表达对细胞增殖及细胞周期的影响,通过分子生物学实验(RT.PCR、Westernblotting以及D.半乳糖苷酶染色)检测p16高表达对细胞衰老的调控所得的实验结果与报道相符和。细胞衰老的显著指标,除了p21表达明显升高,目前已有研究【29】发现体外培养人二倍体成纤维细胞在pH为6时,其D.半乳糖苷酶染色的阳性率随代龄增加而增加【31-331,他们把这种中性p.半乳糖苷酶定义为衰老相关的p.半乳糖苷酶(SA.p.gal)。因此D.半乳糖苷酶是目前公认的检测细胞衰老的金标准【4246】。本实验中P16过表达载体转入293细胞,与正常组,转染空质粒组相比,衰老相关p.半乳糖苷酶的表达量明显增多,与报道相符合。通过B.半乳糖苷酶染色,检测6。半乳糖苷酶的阳性表达率上升,初步说明细胞己呈现衰老状况。在本实验过程中,设置转染空质粒组作为阴性对照组,用CCK.8法和流式细胞术检测转染前后p16对细胞增殖和细胞周期的影响时,p16过表达组293细胞增值较正常组明显下降,细胞周期GO/G1期的比例较正常组明显上升。理论上转染空质粒组和正常组293细胞的增殖和周期情况应相差不大,结果发现转染空质粒组的细胞增殖较正常细胞组有所下降,转染空质粒组的细胞周期GO/G1期的比列较正常组有所上升,这是因为在293细胞转染过程中,293细胞贴壁不紧,换液过程中极易从瓶底脱落,用脂质体转染之后中不易洗的遍数过多,有可能造成脂质体残留于培养基中,转染转染试剂脂质体有毒,会对细胞造成一定的伤害,影响到细胞增殖和细胞周期,故出现本实验中结果。总之,本研究在成功构建p16过表达载体的基础之上,首先将过表达载体转染293细胞,使用CCK.8法和流式细胞术分别观察细胞增殖和细胞周期,然后以半定量PCR检测p16和衰老相关基因p21的表达,Westernblotting法检测p16及p21的表达变化。最后通过p.半乳糖苷酶染色实验检测p16高表达对细胞衰老的影响和调控。从而验证p16基因是细胞衰老的原因,在细胞衰老过程中发挥调控作用。为下一步,构建RNA干扰片段,沉默p16表达,移植衰老动物模型,延缓细胞和机体的衰老,延长机体寿命打下基础。27P16基因高表达对细胞衰老的调控及机制研究4主要结论和进一步的研究设想4,1本研究的主要结果和结论(1)本实验通过合成带有酶切位点的p16引物,利用RT.PCR方法扩增p16基因全长ORF序列,然后将其双酶切连接至PEGFP—N1载体,通过转化、挑菌和测序鉴定,成功构建含有p16基因的重组载体pEGFPNl.p16。(2)在成功构建p16过表达载体的基础上,利用脂质体转染法将过表达载体转染293细胞,并设正常组和转染空质粒组做对照。然后通过CCK.8法和流式细胞术分别检测p16过表达对293细胞增殖和细胞周期的影响,结果发现p16过表达载体的转染在一定程度上抑制了293细胞增殖和生长,并将细胞周期阻滞在G0/G1期;RT-PCR和Westernblotting实验说明p16过表达可以上调细胞衰老相关标记基因p21的表达,说明p16可能通过促进p21的表达导致细胞衰老;而p.半乳糖苷酶染色实验直观的说明p16高表达可以造成细胞衰老。4.2进一步研究设想(1)本研究初步证明p16高表达可以促进P21高表达,但是p16和p21在促进细胞衰老过程中上下游关系还不确定,具体的调控机制和调控过程还有待进一步分析。如果能够通过免疫共沉淀、凝胶阻滞实验(EMSA)等分析p16.cyclinD/CDK.Rb信号途径和p21蛋白在细胞衰老过程中的相互调控过程和机制可进一步完善人们对细胞衰老本质的了解和认识。(2)本研究初步探讨p16过表达对细胞衰老的影响,进一步实验可以通过RNA干扰等方法沉默或降低p16的表达,进而为探索延缓细胞衰老的机制和方法提供理论。参考文献参考文献【1]WangbyJ,ShouJ,ChenX.Dickkopf-1,aninhibitoroftheWntsignalingpathway,isinducedp53[J].Oncogene,2000,19(14):1843~1848.R,FumagalliM,CicaleseA,eta1.Oncogene.inducedsenescence【2]DiMiccoisaDNAdamageresponsetriggeredbyDNAhyper-replication[J].Nature,2006,444(7119):638~642.andpl6<sup>INK4a</sup>[J].Cell,[3】SerranoM,LinAW,McCurrachME,eta1.Oncogenic<》ras</i>ProvokesPrematureCellSenescenceAssociatedwithAccumulationofp531997,88(5):593~602.【4】GuoGE,MaLW'JiangB,eta1.Hydrogenperoxideinducesp16INK4athroughofcellularanAUFl’dependentmanner[J].Joumalbiochemistry,2010,109(5):1000~1005.[5】郑文婕,童坦君,张宗玉,等.细胞衰老的重要通路:p16INK4a/Rb和p19ARF/p53/p21Cipl信号途径【J】.生命的化学,2002,22(4):314-316.【6】SallinenSL,SallinenPKKononenJT'eta1.CyclinD1exp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