憑借磷酸鈣鹽沉淀法構建雙質粒穩轉細胞系

摘要

本文旨在探討利用磷酸鈣鹽沉淀法構建表達血管緊張素II受體1型（AT1）和鈣/鈣調蛋白依賴性激酶II（CaMKII）的雙質粒穩轉細胞系的可行性，并分析其在基因功能研究中的應用價值。實驗結果顯示，磷酸鈣鹽沉淀法能有效實現雙質粒共轉染，為基因表達與功能研究提供了可靠的平臺。

引言

在分子生物學和基因工程領域，質粒轉染是一種重要的實驗技術，能夠將外源DNA引入宿主細胞，從而表達特定的基因或進行基因敲除實驗。質粒轉染技術在基因功能研究、藥物篩選、基因治療等領域具有廣泛的應用價值。構建穩轉細胞系是實現長期穩定表達外源基因的關鍵步驟，對于深入探究基因功能具有重要意義。

磷酸鈣鹽沉淀法是一種經典的質粒轉染方法，具有成本低廉、操作簡便的優點，適用于大多數類型的細胞。然而，傳統的磷酸鈣鹽沉淀法主要用于瞬時轉染，對于構建穩轉細胞系的研究相對較少。本文旨在探討利用磷酸鈣鹽沉淀法構建雙質粒穩轉細胞系的可行性，并分析其在基因功能研究中的應用價值。

材料與方法

1. 材料

• 細胞株：COS7細胞

• 質粒：帶HA-tag的AT1質粒（WT，小鼠來源）；帶V5-tag的CaMKII質粒（δB/WT，小鼠來源）

• 試劑：某試劑（包括CaCl?、PBS、2×HBS緩沖液、G418等）

• 儀器：瓊脂糖凝膠電泳儀、聚丙烯酰胺凝膠電泳及半干法電轉儀、熒光顯微鏡等

2. 方法

2.1 質粒制備與鑒定

1. 質粒擴增與抽提：將AT1和CaMKII質粒分別轉化至大腸桿菌JM109中，擴增后使用Qiagen質粒抽提試劑盒進行質粒抽提。

2. 質粒鑒定：通過雙酶切法及瓊脂糖電泳鑒定目的DNA片段，確保質粒濃度與純度符合要求，無蛋白和RNA污染。

2.2 細胞培養與鋪板

1. 細胞培養：使用含10%胎牛血清的DMEM培養基，在37℃、5% CO2條件下培養COS7細胞。

2. 細胞鋪板：待細胞生長至對數期，用胰酶消化后接種至6孔培養板，每孔接種2×10^5個細胞，待細胞貼壁后開始轉染。

2.3 磷酸鈣鹽沉淀法制備與轉染

1. 轉染前準備：更換新鮮培養基，確保細胞密度約為80%。

2. 制備磷酸鈣-DNA沉淀：將質粒DNA（AT1和CaMKII）與CaCl?混合，再加入2×HBS緩沖溶液，靜置20分鐘后形成磷酸鈣-DNA沉淀。

3. 細胞轉染：將磷酸鈣-DNA沉淀加入細胞培養基中，輕輕搖勻后置于37℃、5% CO2培養箱中孵育。

4. 孵育與篩選：孵育8-24小時后，更換新鮮培養基，繼續培養24小時。然后使用G418進行抗性篩選，每3-4天更換一次選擇培養基，直至出現抗藥性的細胞克隆。

2.4 檢測與鑒定

1. 免疫熒光法（IF）：使用熒光顯微鏡觀察細胞表面表達的AT1（及其所帶的HA-tag）和細胞質內表達的CaMKII（及其所帶的V5-tag）。

2. 免疫印跡法（WB）：提取細胞蛋白，進行SDS-PAGE電泳，轉膜后使用特異性抗體進行Western blot檢測，驗證目的蛋白的表達。

3. 功能檢測：給予轉染細胞血管緊張素II（AngII）刺激，使用Western blot檢測磷酸化細胞外調節蛋白激酶（p-ERK）的改變，評估AT1和CaMKII的相互作用。

實驗結果

1. 質粒鑒定結果

質粒酶切后電泳結果顯示，目的長度DNA片段清晰可見，表明質粒制備成功，濃度與純度符合要求。

2. 細胞轉染與篩選結果

通過磷酸鈣鹽沉淀法將AT1和CaMKII質粒共轉染至COS7細胞后，經過G418抗性篩選，成功獲得抗藥性的細胞克隆。免疫熒光法和免疫印跡法檢測結果顯示，轉染細胞中AT1和CaMKII蛋白表達陽性，而未轉染細胞中則無表達。

3. 功能檢測結果

給予轉染細胞AngII刺激后，Western blot結果顯示，轉染AT1和CaMKII/WT的細胞產生p-ERK升高反應，該反應可被AT1受體拮抗劑（ARB）預處理消除。而未轉染細胞及轉染AT1和CaMKII/DN的細胞無類似反應，進一步證實DN為無功能抑制體。

討論

1. 磷酸鈣鹽沉淀法在構建雙質粒穩轉細胞系中的可行性

本研究成功利用磷酸鈣鹽沉淀法構建了表達AT1和CaMKII的雙質粒穩轉COS7細胞系。磷酸鈣鹽沉淀法因其成本低廉、操作簡便而被廣泛應用于瞬時轉染。本研究通過優化轉染條件和篩選策略，成功實現了雙質粒共轉染和穩轉細胞系的構建。這一結果表明，磷酸鈣鹽沉淀法在構建雙質粒穩轉細胞系中具有可行性。

2. 雙質粒穩轉細胞系在基因功能研究中的應用價值

穩轉細胞系能夠在長時間內穩定表達外源基因，為基因功能研究提供了可靠的平臺。本研究構建的雙質粒穩轉細胞系能夠同時表達AT1和CaMKII，為研究二者在細胞信號轉導中的相互作用提供了有力的工具。通過給予AngII刺激，觀察到p-ERK的改變，進一步證實了AT1和CaMKII在ERK信號通路中的相互作用。這一結果為深入探究AT1和CaMKII的功能及其在疾病發生發展中的作用提供了重要線索。

3. 實驗策略的創新性

本研究在實驗策略上具有以下創新性：

1. 雙質粒共轉染：傳統磷酸鈣鹽沉淀法主要用于瞬時轉染，本研究通過優化轉染條件和篩選策略，成功實現了雙質粒共轉染和穩轉細胞系的構建。

2. 穩轉細胞系的構建：利用G418抗性篩選，成功獲得抗藥性的細胞克隆，為長期穩定的基因表達提供了保障。

3. 功能檢測：通過給予AngII刺激，觀察p-ERK的改變，為評估AT1和CaMKII的相互作用提供了直接證據。

4. 研究的應用前景

本研究構建的雙質粒穩轉細胞系具有廣泛的應用前景：

1. 基因功能研究：可用于深入研究AT1和CaMKII在細胞信號轉導中的相互作用及其調控機制。

2. 藥物篩選：可作為模型系統，用于高通量篩選和評估針對AT1和CaMKII的藥物藥效和安全性。

3. 疾病模型構建：可用于模擬與AT1和CaMKII相關的疾病狀態，為疾病機理研究和治療策略開發提供平臺。

結論

本研究成功利用磷酸鈣鹽沉淀法構建了表達AT1和CaMKII的雙質粒穩轉COS7細胞系，并驗證了其在基因功能研究中的應用價值。實驗結果表明，磷酸鈣鹽沉淀法在構建雙質粒穩轉細胞系中具有可行性，且構建的雙質粒穩轉細胞系為深入探究AT1和CaMKII的功能及其在疾病發生發展中的作用提供了有力的工具。本研究為基因功能研究、藥物篩選和疾病模型構建提供了新的思路和方法，具有廣泛的應用前景。