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1、Stat3靶向RNA干扰重组体的构建及鉴定Stat3靶向RNA干扰重组体的构建及鉴定【摘要】 目的 设计针对Stat3的发夹样RNA干扰重组体，通过脂质体转染结肠癌细胞HCT116观察其干扰效果，为探索肿瘤基因治疗的新途径奠定基础。方法 设计针对Stat3编码区的有短发夹结构的两条DNA序列，经退火成互补双链，克隆到载体Pavu627中构建重组体Pavu627 Stat3，再对重组质粒进行酶切鉴定、DNA测序分析。脂质体法转染重组体至大肠癌HCT116细胞株中，以空质粒(Pavu627)转染为对照；RT PCR法观察Stat3基因表达改变。结果 酶切鉴定和测序分析均提示Stat3靶向RNA干扰

2、重组体的构建成功，Pavu627 Stat3转染后HCT116细胞Stat3基因表达较空载体Pavu627转染的对照组显着下降。结论 Stat3靶向RNA干扰重组体成功构建，并能有效抑制HCT116细胞中Stat3基因表达。本实验为下一步利用RNAi技术沉默肿瘤细胞中Stat3基因的表达，诱导肿瘤细胞凋亡或抑制其增生，为探索肿瘤基因治疗的新途径打下基础。【关键词】 Stat3 RNA干扰 HCT116细胞系 【Abstract】 Objective To construct RNA interference expression vector of targeting Stat3 and te

3、st the silencing effect by using liposome transfecting colon cancer cell line HCT116 to make foundation for exploring new way of gene therapy for cancer. Methods Two DNA sequences containing small hairpin structure were designed and synthesized. The complement form obtained by annealing was inserted

4、 into vector Pavu627 to construct the recombinant Pavu627 Stat3, the plasmid of which was then identified by enzyme digestion and DNA sequence analysis. The recombinant plasmid was transfected into human colon cancer cell line HCT116 by DOTAP method to assay the suppression effect of Stat3 by RT PCR

5、 48 hours after transfection. Empty plasmid (Pavu627) transfected into the same cell line was set as control group. Results The enzyme digestion analysis and DNA sequencing showed that RNA interference expression vector of targeting Stat3 was constructed successfully. The expression of Stat3 mRNA in

6、 HCT116 cell line transfected with Pavu627 Stat3 was weaker than that transfected with Pavu627. Conclusions RNA interference expression vector of targeting Stat3 is successfully constructed and can effectively inhibit expression of Stat3 in colon cancer cell line HCT116. Our study makes a foundation

7、 for gene therapy for cancer by using RNAi technique to silence expression of gene Stat3 in cancer cells and induce apoptosis or inhibit proliferation of cancer cells. 【Key words】 Stat3; RNA interfering; HCT116 cell line Stat3是信号传导及转录活化因子家族(signal transducers and activators of transcription,Stats)的重

8、要成员。研究表明Stat3可通过抑制凋亡或诱导细胞增生参与肿瘤的发生和发展，在癌细胞中有高度的活性1。Stat3能编码凋亡抑制剂和细胞周期调节剂， 通过上调Bcl Xl、 Mcl 1、 cyclins D1/D2和c myc基因的作用参与肿瘤的形成2。有研究显示，Stat3异常激活与乳腺癌、前列腺癌、结直肠癌等多种恶性肿瘤发生、发展及预后密切相关3-4。RNA干扰(RNA interference,RNAi)是指由双链RNA(double strande dRNA,dsRNA)引发的转录后基因沉默机制，RNAi能够高效特异地沉默同源基因的表达。1998年RNAi的发现5，特别是在哺乳动物细胞应

9、用小干扰RNA(small interfering，siRNA)成功介导RNAi6，为基因功能的研究提供了强大的武器，也为肿瘤基因治疗增添了新的活力。本实验拟构建以Stat3基因为靶向的RNA干扰重组体，通过RNAi技术沉默Stat3基因的表达来探索肿瘤基因治疗的新方法。 1 材料与方法 材料 真核表达载体为质粒Pavu627(由美国Michigan大学生物化学系David Engelke博士惠赠)，克隆用大肠杆菌JM109(由第三军医大学中心实验室保存),HCT116细胞株购自中国医学科学院基础医学研究所细胞中心。限制性内切酶Sal、Hind 、 Xba、 Bam H， T4 DNA连接酶，

10、RT PCR试剂盒均为大连TaKara生物公司产品；电泳Mark选用DL2000核酸分子量标准、柱离心式质粒抽提试剂盒、柱离心式胶回收试剂盒均购自美国Promega公司；DOTAP脂质体转染试剂、RNA提取试剂Tripure、DEPC购自美国Roche公司；DMEM高糖培养基、 标准小牛血清购自美国Hyclone公司。 吕伟，等. Stat3靶向RNA干扰重组体的构建及鉴定方法 siRNA表达载体的构建和鉴定 根据NCBI提供的人类Stat3基因结构(Gene ID:6 774)，以及siRNA设计的技术要求，用“siRNA Sequence Selector”()设计针对Stat3特异的si

11、RNA序列(19nt)：TGCATAGGACGGAATGAAC，以BLAST分析所设计序列的特异性。构建siRNA表达载体的模板序列为：5 TCGACTGCATAGGACGGAATGAACAAGCGTTCATTCC GTCCTATGCATTTTTT 3；5 CTAGAAAAAA TGCATAGGACGGAATGAACGCTTGTTCAT TCCGTCCTATGCAG 3。寡核苷酸链由上海生物工程技术公司合成，核苷酸链在退火缓冲液中退火后, 与Sal，Xba双酶切的线性化Pavu627载体连接，连接产物转化感受态细菌JM109，挑选单菌落，筛选重组体，重组体命名为：Pavu627 Stat3(图

12、1)。重组体质粒用Hind 和BamH限制性内切核酸酶进行双酶切，阳性克隆送上海生工生物公司检测核苷酸序列。 图1 构建重组表达载体技术路线图 细胞培养及转染 细胞培养于含10%灭活小牛血清、1105 U/L青霉素、100 mg/L链霉素的DMEM高糖培养液中，于37 、体积分数为5% CO2的培养箱中培养，取对数生长期细胞用于实验。采用Roche公司的DOTAP脂质体转染试剂盒包裹经灭菌处理的重组质粒(质粒脂质体=16)。转染前1 d，换取新鲜培养液(含10%小牛血清的DMEM高糖培养液，37 ，体积分数为5% CO2孵箱中培养)后调整浓度为2105/ml，以每孔2 ml接种于6孔培养板中培

13、养，待细胞增至60%80%时，将质粒 脂质体复合物转染至细胞中，18 h后弃去转染液，换新鲜培养液继续培养，弃去原培养液，用含G418 300 g/ml的DMEM培养液进行筛选收集G418抗性细胞。转染了Pavu627 Stat3 siRNA的HCT116细胞简写成Pavu627 Stat3 siRNA HCT116细胞。转染空质粒的Pavu627的HCT116细胞简写成Pavu627 HCT116作为对照。半定量RT PCR法检测Stat3 mRNA表达7 Pavu627 Stat3 siRNA HCT116细胞中Stat3 mRNA表达改变，以Pavu627 HCT116为对照。收集培养的

14、2种细胞分为4组,按Tripure操作说明，分别提取总RNA，紫外分光光度计定量，调整浓度为1 g/L。取2 l Total RNA 与1 l Oligo (dT) 70 5 min，置于冰浴5 min，加2 l 10 mmol/L dNTP混合，5 l 5Buffer，1 l MMLV反转录酶，1 l RNAsin，去离子水补至25 l。42 60 min，-20 冻存。PCR反应体系为：2 l反转录产物(模板)，两对引物各1 l(选用看家基因甘油醛 3 磷酸脱氢酶GAPDH基因作为内参照，GAPDH上游引物的序列为5 AATTCAACGGCACAGTCAAGGC 3，下游引物的序列为5 G

15、GATGCAGGGATGATGTTCTGG 3，扩增片段为467 bp。Stat3上游引物序列为5 GTCAGATGCCAAATGC 3，下游引物的序列为5 CCTGGAGGCTTAGTGC 3，扩增片断长度386 bp，引物序列设计合成均由大连Takara公司完成)。 l 10Buffer，2 l 25 mmol/L MgCl2，2 l 10 mmol/L dNTP混合， l Taq酶，去离子水补至25 l。反应条件为：预变性94 5 min；94 1 min，60 50 s，72 1 min共30个循环；72 延伸10 min。取10 l产物2%琼脂糖凝胶电泳，对照分子量标准检测扩增结果，

16、Gel Doc 2000型凝胶成像分析系统对目的DNA条带进扫描，用Image glub 分析软件测得电泳图谱上每条基因条带的光密度值。计算各个样本Stat3强度与GAPDH内对照强度的比值，从而反映Stat3表达的变化。用t检验对所得结果进行统计学处理， 以为差异有统计学意义。2 结果重组质粒酶切鉴定 Pavu627 Stat3重组体质粒经Hind 和BamH双酶切后呈3条带，分别为 kb的载体片段、348 bp和397 bp的小片段。空载体双酶切后出现两条带， kb的载体片段，348 bp和353 bp不能分开，融为一条带(图2)。 重组质粒测序鉴定 将重组质粒Pavu627 Stat3送

17、上海生工测序，引物序列根据Pavu627载体序列，采用Primer 设计为：5 CCCAAGCTTGGATCCAA GGTCGGGC 3。结果表明siRNA表达模板成功构建于Pavu627载体上，序列完全正确(286338)与目的序列相同。 半定量RT PCR结果 Stat3和GAPDH引物的扩增基因片段经电泳和EB染色后，结果显示扩增片段大小与所设计的大小完全一致，分别为386 bp和467 bp，为电泳染色后结果，14泳道为对照，58泳道为实验组。可见,重组体Pavu627 Stat3 siRNA转染的HCT116中Stat3 mRNA的表达较空载体Pavu627转染的HCT116细胞中S

18、tat3 mRNA表达量显着下降(图3A)。统计分析结果表明，重组体Pavu627 Stat3 siRNA转染的HCT116中Stat3 mRNA的表达较空载体Pavu627转染的HCT116细胞中Stat3 mRNA表达量显着下降。Stat3 mRNA扩增产物的强度与内对照GAPDH的比值在对照组和实验组分别为和，实验组约降低为对照组的%(,n=4)(图3B)。 3 讨 论 Stat3信号传导通路接受生长因子、细胞因子等细胞外信号刺激，通过借助细胞内的一类具有激酶结构的连接蛋白JAKs(janus Kinase)磷酸化而被激活从而完成信息转导。研究表明多种与肿瘤增殖凋亡相关的细胞因子如：生长

19、激素(GH)、干扰素(IFN)、白细胞介素(IL 2、IL 6)等都通过JAKs Stat通路最终影响基因的转录调节8。在此通路中Stat3单体通过SH2结构域与另一个Stat3分子磷酸化的酪氨酸残基相互作用形成二聚体进入细胞核内与特异的DNA片段结合，调控靶基因转录，影响细胞的增殖、分化和凋亡。如能设法阻断癌细胞内Stat3基因的表达，定会大大减弱癌细胞增殖能力同时减弱凋亡抑制。阐明Stat3在肿瘤细胞凋亡抑制和增殖中的作用，可为肿瘤治疗提供新的靶点，具有重要的理论意义和实际应用前景。 近几年来兴起的RNA干扰技术， 尤其是siRNA为肿瘤的生物治疗开辟了新的途径9。与传统基因沉默技术相比，

20、具有效果强、持续时间长、技术流程简便、短周期，在细胞内表达的稳定性、可传递性、高效性等优势已经使这一技术在肿瘤的基因治疗方面显示出诱人的前景6。 实验采用的载体pAVU6+27属于采用U6启动子的质粒载体，被证实是具有良好siRNA表达效率的载体。文献报道，该载体能诱发高达80%90%的基因沉默效率10。本实验已经成功构建了阻断Stat3基因表达的RNAi序列，并已克隆至载体Pavu627中，经酶切和DNA测序鉴定完全正确。采用脂质体法转染人结肠癌HCT116细胞株后获得了siRNA的表达，经RT PCR检测发现实验组Stat3 mRNA表达抑制率为%，明显低于空质粒转染组，提示重组载体通过R

21、NAi有效阻断Stat3基因的表达，从而为下一步的利用重组载体进行肿瘤治疗的实验研究打好了基础。 【参考文献】 1 Buettner R, Mora L B, Jove R. Activated Stat signaling in human tumors provides novel molecular targets for therapeutic interventionJ. Clin Cancer Res,2002,8(4):945-954. 2 Mora L B, Buettner R, Seigne J, et al. Constitutive activation of Stat

22、3 in human prostate tumors and cell lines: direct inhibition of Stat3 signaling induces apoptosis of prostate cancer cellsJ. Cancer Res,2002,62(22):6659-6666.3 Bowman T, Garcia R, Turkson J, et al. Stats in oncogenesisJ. Oncogene,2000,19(21):2474-2488.4 Trovato M, Vitarelli E, Grosso M, et al. Immun

23、ohistochemical expression of HGF, c MET and transcription factor Stat3 in colorectal tumorsJ. Eur J Histochem,2004,48(3):291-298.5 Fire A, Xu S, Montgomery M K, et al. Potent and specific genetic interference by double stranded RNA in Caenorhabditis elegansJ. Natrue,1998,391(6669):744-745.6 Elbashir

24、 S M, Harborth J, Lendeckel W, et al. Duplexes of 21 nucleotide RNAs mediate RNA interference in cultured mammalian cellsJ. Nature,2001,411(6836):494-498.7 奥斯伯 F，布伦特 R,金斯顿 R E,等.精编分子生物学实验指南M.北京：科学出版社，1998.8 Ahmed Choudhury J, Williams K T, Young L S, et al. CD40 mediated human cholangiocyte apoptosi

25、s requires JAK2 dependent activation of Stat3 in addition to activation of JNK1/2 and ERK1/2J. Cell Signal,2006,18(4):456-468.9 Wida M, Fuchs U, Wossmann W, et al. Killing of leukemic cells with a BCR/ABL fusion gene by RNA interference(RNAi)J. Oncogene,2002,21(37):5716-5724.10Paul C P, Good P D, Winer I, et al. Effective expdression of small interfering RNA in human cellsJ. Nat Biotechnol,2002,20(5):505-508.