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高原習服黃牛腦組織不同部位SLC25A6 mRNA絕對定量分析

2014-10-23 20:01王志強俞紅賢荊海霞張勤文魏青
江蘇農業科學 2014年8期
關鍵詞:腦組織線粒體

王志強+俞紅賢+荊海霞+張勤文+魏青+梁林+牛亮

摘要:為研究SLC25A6 mRNA在高原習服黃牛腦組織中的表達量對能量利用的影響,建立用于SLC25A6基因絕對定量的標準曲線;標準曲線擴增效率為E=104.9%,回歸系數r值為-0.996,斜率為-3.210,溶解曲線峰值單一;絕對定量檢測值表明,高原習服黃牛腦組織各部位SLC25A6 mRNA表達量總體差異有統計學意義,SLC25A6 mRNA檢測值從高至低依次為小腦、海馬、枕葉、額葉、顳葉、頂葉,小腦SLC25A6基因表達量顯著高于其他各組織;頂葉表達量最低,小腦表達量為頂葉表達量的2.79倍;額葉、顳葉、頂葉之間差異,枕葉、海馬之間差異均無統計學意義。結果表明,高原習服黃牛腦組織中小腦耗能強度可能最大,細胞活動旺盛;相反頂葉耗能強度最低。

關鍵詞:高原習服黃牛;腦組織;線粒體;SLC25A6基因;ANT3;絕對定量

中圖分類號:S852.16+1 文獻標志碼:A

文章編號:1002-1302(2014)08-0039-03

青藏高原平均海拔在4 500 m左右,大氣壓及氧分壓較低,高寒干燥、紫外輻射強度大,特殊的地理及氣候條件造就了特殊的生態環境;由于獨特的高原環境長期影響,使得土著動物及人類在機體各個方面形成了對高原環境的低氧適應。機體獲取的氧氣最終通過線粒體被利用,糖類、脂肪、氨基酸在細胞質基質中完成糖酵解過程后,通過線粒體的三羧酸循環及氧化磷酸化途徑,利用組織氧生成三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP),從而為機體提供能量。

動物及人由低海拔地區進入高海拔地區后,機體會通過代償等方式來適應低氧環境,從而減輕缺氧初期出現的癥狀,促使機體產生高原習服。研究表明,哺乳動物中樞神經系統對氧分壓的改變極為敏感,腦組織不同區域會通過分子、細胞等各個水平的改變來適應低氧[1]。但急性低氧暴露仍會損傷腦組織,造成神經細胞出現散在性壞死等現象[2]。急性重復性低氧刺激可使腦組織線粒體功能受到抑制,同時提高腦組織ATP相對水平[3]。低氧預適應能夠減輕腦組織缺血后海馬細胞凋亡數[4],提高線粒體的膜電位、減少線粒體活性氧及一氧化氮的產生[5],并通過降低線粒體通透性轉變的概率來減少細胞凋亡數[6]。

研究表明,線粒體內膜上的腺甘酸轉運體(adenine nucleotide translocator,ANT)能夠促進胞質和線粒體之間二磷酸腺苷(adenosine diphosphate,ADP)與ATP的交換,使能量代謝順利進行;而且ANT的4種異構體均與細胞凋亡途徑有關[7],由SLC25A6基因編碼的線粒體內膜蛋白ANT3表達量增高可引起線粒體膜通透性的改變,從而誘發細胞凋亡[8-9]。

應用絕對定量的方法,對高原習服黃牛SLC25A6 mRNA在腦組織不同部位的表達情況進行研究,以期揭示低氧環境對高原習服黃牛腦組織不同部位能量代謝的影響,為哺乳動物低氧適應的分子機制及高原醫學積累基礎資料。

1 材料與方法

1.1 動物來源及樣品處理

于青海省海晏縣(海拔3 000 m左右)選取臨床健康成年高原習服黃牛,頸動脈放血致死后,迅速取大腦額葉、顳葉、頂葉、枕葉、海馬及小腦皮層樣本,將其置于液氮中低溫保存,用于提取總RNA。

1.2 主要儀器與試劑

低溫高速離心機、普通PCR擴增儀、核酸電泳儀、紫外凝膠成像儀、核酸蛋白檢測儀、real-time PCR擴增儀;2×Taq PCR MasterMix(含染料)、瓊脂糖凝膠DNA回收試劑盒,均購自北京索萊寶科技有限公司;TaKaRa SYBR Premix Ex Taq Ⅱ、PMD19-T Vector,均購自寶生物工程(大連)有限公司;RNAsimple Total RNA Kti試劑盒、FastQuant cDNA第一鏈合成試劑盒,均購自天根生化科技(北京)有限公司、質粒DNA小量抽提試劑盒、EcoRⅠ,均購自上海生工生物工程(上海)股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 設計并合成引物 通過美國國家生物技術信息中心查詢普通牛(Bos taurus)SLC25A6基因的mRNA序列(NM_174660.2),根據其序列利用DNAMAN、Primer5設計特異性引物(表1),預計擴增目的基因片段長度為95 bp。引物設計后交由上海生工生物工程(上海)股份有限公司合成。

1.3.2 總RNA的提取及RT-PCR反應 利用RNAsimple Total RNA Kti試劑盒,按照說明書步驟,提取高原習服黃??俁NA。

1.3.3 絕對定量標準品的制備

1.3.3.1 SLC25A6基因片段擴增 以反轉錄產物為模板進行PCR擴增反應,PCR反應加樣體系如下:模板1 μL,濃度為10 μmol/L的上、下游引物各0.5 μL,ddH2O2 10.5 μL,Solarbio 2×Taq PCR MasterMix(含染料)12.5 μL。PCR擴增程序為:94 ℃預變性3 min;94 ℃變性30 s,60 ℃退火30 s, 72 ℃ 延伸30 s,30個循環;72 ℃ 4 min充分延伸。產物以1%瓊脂糖凝膠電泳檢測。

1.3.3.2 克隆SLC25A6基因片段并驗證 利用Solarbio 瓊脂糖凝膠DNA回收試劑盒進行PCR產物純化,純化產物與PMD19-T Vector在 16 ℃條件下連接1 h。后經42 ℃熱擊及冰浴等反應與E.coil DH5α感受態細胞進行連接,將菌液均勻涂布于含氨芐青霉素、半乳糖苷酶和異丙基硫代半乳糖苷的LB固體培養基平板上,37 ℃溫箱中培養12 h。挑取白色陽性單菌落,接種于含Amp的LB液體培養基中,振蕩培養12 h。利用通用引物對菌液進行PCR初步鑒定后,對陽性轉化子進行測序以進一步驗證。

1.3.3.3 質粒DNA抽提、酶切及純化 利用質粒DNA小量抽提試劑盒對鑒定正確的陽性菌液進行質粒提取。通過EcoRⅠ對抽提的質粒進行酶切37 ℃孵育1 h后,65 ℃ 20 min 使酶失活。將酶切好的質粒DNA進行瓊脂糖凝膠電泳檢測,并利用solarbio 瓊脂糖凝膠DNA回收試劑盒對目標DNA條帶進行回收純化,從而去除酶切不完全的環狀質粒。

1.3.3.4 質粒DNA濃度測定及梯度稀釋 利用核酸蛋白檢測儀對純化后的線性質粒進行濃度測定。根據公式:質??截悢担截悢?μL)=6.02×1023(拷貝數/mol) ×質粒濃度(g/μL)/質粒分子量(g/mol),得出質??截悢?,然后將質粒進行10倍梯度稀釋,分別稀釋成1×108~1×102拷貝數/μL的7個梯度,作為標準品。

1.3.4 real-time PCR反應 real-time PCR擴增反應的加樣體系如下:模板2 μL,濃度為10 μmol/L的上、下游引物各1 μL,ddH2O2 8.5 μL,SYBR Premix Ex Taq Ⅱ12.5 μL。PCR擴增程序為:95 ℃ 30 s,95 ℃ 5 s,60 ℃ 30 s。首先將反轉錄產物cDNA上機后進行1個循環,使cDNA由單鏈變為雙鏈,后與標準品一同進行40個循環。待測樣品設置3個重復。

2 結果與分析

2.1 總RNA檢測結果

利用BIO-RAD核酸蛋白檢測儀測定RNA純度及濃度,測定結果見表2,各項指標均符合要求。凝膠電泳檢測結果見圖1,泳道自左至右以此為:額葉、顳葉、頂葉、枕葉、小腦及海馬,18S及28S條帶清晰,并無降解現象出現。

2.4 高原習服黃牛腦組織內SLC25A6基因mRNA表達量

通過反轉錄試劑盒進行反轉錄時,20 μL的反轉錄體系中共加入了1 μg的總RNA,而進行Real-time PCR時,反應體系中加入了2 μL反轉錄產物。根據標準曲線中CT值與基因拷貝數的關系,換算出SLC25A6基因在總RNA/μg中的絕對表達量。高原習服黃牛腦組織內SLC25A6基因mRNA表達量見表3、圖5。高原習服黃牛腦組織中小腦SLC25A6基因表達量最高,拷貝數均值為3.683×107拷貝數/μg,顯著高于其他各組織;頂葉表達量最低,小腦表達量為頂葉表達量的2.79倍;顳葉與枕葉、海馬表達量均值之間有統計學意義;頂葉與枕葉、海馬表達量均值之間有統計學意義;額葉、顳葉、頂葉均值之間差異,枕葉與海馬之間差異均無統計學意義。

度地利用氧,并產生盡可能多的能量;腦組織的缺氧適應能夠使損壞腦細胞的不良因素得到抑制或調整,使腦組織在不良環境下度過危險期[10]。ANT在能量代謝中發揮著重要作用,本試驗通過測定SLC25A6基因在高原習服黃牛腦組織中的表達情況,間接反映腦組織不同部位在高原低氧習服情況下對能量的利用情況。

由于反轉錄產物cDNA為單鏈,而標準品質粒為雙鏈,所以進行Real-time PCR時,先將cDNA進行1個循環的擴增,使其變為雙鏈,后與標準品一同進行40個循環,以避免單鏈與雙鏈之間的差異[11]。試驗結果表明,標準曲線的擴增效率為E=104.9%,回歸系數r=-0.996,斜率為-3.210,溶解曲線峰值單一。從這些參數可以看出標準曲線線性關系良好,引物特異性較強。結果能夠真實反映出SLC25A6基因在高原習服黃牛腦組織中的實際拷貝數。

本研究結果表明,在高原習服黃牛腦組織中SLC25A6基因的表達量從高到低依次為小腦、海馬、枕葉、額葉、顳葉、頂葉,小腦表達量顯著高于其組織,小腦SLC25A6基因表達量為額葉表達量的2.79倍。頂葉消耗能量強度較低,細胞能量代謝較弱,小腦消耗能量強度較大,細胞能量代謝較強??梢酝茢囗斎~為低氧環境敏感區域,小腦抗低氧能力較強。

參考文獻:

[1]Pea F,Ramirez J M. Hypoxia-induced changes in neuronal network properties[J]. Molecular Neurobiology,2005,32(3):251-283.

[2]胡定煜,李 浡,戴榮繼,等. 常壓低氧下Wistar大鼠腦組織中HIF-1α表達與腦損傷[J]. 化學通報,2010,73(11):1030-1034.

[3]謝勝男,李 昕,李堯華,等. 急性重復低氧對小鼠腦組織血氧飽和度、線粒體功能以及ATP水平的影響[J]. 中國病理生理雜志,2008,24(4):755-758.

[4]齊 晶,閔連秋.低氧預處理對缺血腦組織p53表達的影響[J]. 牡丹江醫學院學報,2008,29(1):34-36.

[5]Plotnikov E Y,Kazachenko A V,Vyssokikh M Y,et al. The role of mitochondria in oxidative and nitrosative stress during ischemia/reperfusion in the rat kidney[J]. Kidney International,2007,72(12):1493-1502.

[6]Hausenloy D J,Yellon D M,Mani-Babu S,et al. Preconditioning protects by inhibiting the mitochondrial permeability transition[J]. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology,2004,287(2):841-849.

[7]Gallerne C,Touat Z,Chen Z X,et al. The fourth isoform of the adenine nucleotide translocator inhibits mitochondrial apoptosis in cancer cells[J]. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology,2010,42(5):623-629.

[8]蘭春慧,房殿春,樊麗琳,等. 線粒體內膜蛋白ANT在幽門螺桿菌致胃癌細胞凋亡中的表達[J]. 胃腸病學和肝病學雜志,2009,18(2):100-102.

[9]Zamora M,Granell M,Mampel T,et al. Adenine nucleotide translocase 3(ANT3) overexpression induces apoptosis in cultured cells[J]. FEBS Letters,2004,563(1/2/3):155-160.

[10]崔秀玉,呂國蔚. 腦缺氧和腦缺氧適應時能量代謝的變化[J]. 首都醫科大學學報,1996,17(2):153-155.

[11]李 麗,趙成萍,李 宏,等. 質粒制備絕對定量PCR標準曲線方法的建立[J]. 農業生物技術學報,2011,19(6):1157-1162.

1.3.3.3 質粒DNA抽提、酶切及純化 利用質粒DNA小量抽提試劑盒對鑒定正確的陽性菌液進行質粒提取。通過EcoRⅠ對抽提的質粒進行酶切37 ℃孵育1 h后,65 ℃ 20 min 使酶失活。將酶切好的質粒DNA進行瓊脂糖凝膠電泳檢測,并利用solarbio 瓊脂糖凝膠DNA回收試劑盒對目標DNA條帶進行回收純化,從而去除酶切不完全的環狀質粒。

1.3.3.4 質粒DNA濃度測定及梯度稀釋 利用核酸蛋白檢測儀對純化后的線性質粒進行濃度測定。根據公式:質??截悢担截悢?μL)=6.02×1023(拷貝數/mol) ×質粒濃度(g/μL)/質粒分子量(g/mol),得出質??截悢?,然后將質粒進行10倍梯度稀釋,分別稀釋成1×108~1×102拷貝數/μL的7個梯度,作為標準品。

1.3.4 real-time PCR反應 real-time PCR擴增反應的加樣體系如下:模板2 μL,濃度為10 μmol/L的上、下游引物各1 μL,ddH2O2 8.5 μL,SYBR Premix Ex Taq Ⅱ12.5 μL。PCR擴增程序為:95 ℃ 30 s,95 ℃ 5 s,60 ℃ 30 s。首先將反轉錄產物cDNA上機后進行1個循環,使cDNA由單鏈變為雙鏈,后與標準品一同進行40個循環。待測樣品設置3個重復。

2 結果與分析

2.1 總RNA檢測結果

利用BIO-RAD核酸蛋白檢測儀測定RNA純度及濃度,測定結果見表2,各項指標均符合要求。凝膠電泳檢測結果見圖1,泳道自左至右以此為:額葉、顳葉、頂葉、枕葉、小腦及海馬,18S及28S條帶清晰,并無降解現象出現。

2.4 高原習服黃牛腦組織內SLC25A6基因mRNA表達量

通過反轉錄試劑盒進行反轉錄時,20 μL的反轉錄體系中共加入了1 μg的總RNA,而進行Real-time PCR時,反應體系中加入了2 μL反轉錄產物。根據標準曲線中CT值與基因拷貝數的關系,換算出SLC25A6基因在總RNA/μg中的絕對表達量。高原習服黃牛腦組織內SLC25A6基因mRNA表達量見表3、圖5。高原習服黃牛腦組織中小腦SLC25A6基因表達量最高,拷貝數均值為3.683×107拷貝數/μg,顯著高于其他各組織;頂葉表達量最低,小腦表達量為頂葉表達量的2.79倍;顳葉與枕葉、海馬表達量均值之間有統計學意義;頂葉與枕葉、海馬表達量均值之間有統計學意義;額葉、顳葉、頂葉均值之間差異,枕葉與海馬之間差異均無統計學意義。

度地利用氧,并產生盡可能多的能量;腦組織的缺氧適應能夠使損壞腦細胞的不良因素得到抑制或調整,使腦組織在不良環境下度過危險期[10]。ANT在能量代謝中發揮著重要作用,本試驗通過測定SLC25A6基因在高原習服黃牛腦組織中的表達情況,間接反映腦組織不同部位在高原低氧習服情況下對能量的利用情況。

由于反轉錄產物cDNA為單鏈,而標準品質粒為雙鏈,所以進行Real-time PCR時,先將cDNA進行1個循環的擴增,使其變為雙鏈,后與標準品一同進行40個循環,以避免單鏈與雙鏈之間的差異[11]。試驗結果表明,標準曲線的擴增效率為E=104.9%,回歸系數r=-0.996,斜率為-3.210,溶解曲線峰值單一。從這些參數可以看出標準曲線線性關系良好,引物特異性較強。結果能夠真實反映出SLC25A6基因在高原習服黃牛腦組織中的實際拷貝數。

本研究結果表明,在高原習服黃牛腦組織中SLC25A6基因的表達量從高到低依次為小腦、海馬、枕葉、額葉、顳葉、頂葉,小腦表達量顯著高于其組織,小腦SLC25A6基因表達量為額葉表達量的2.79倍。頂葉消耗能量強度較低,細胞能量代謝較弱,小腦消耗能量強度較大,細胞能量代謝較強??梢酝茢囗斎~為低氧環境敏感區域,小腦抗低氧能力較強。

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[3]謝勝男,李 昕,李堯華,等. 急性重復低氧對小鼠腦組織血氧飽和度、線粒體功能以及ATP水平的影響[J]. 中國病理生理雜志,2008,24(4):755-758.

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[9]Zamora M,Granell M,Mampel T,et al. Adenine nucleotide translocase 3(ANT3) overexpression induces apoptosis in cultured cells[J]. FEBS Letters,2004,563(1/2/3):155-160.

[10]崔秀玉,呂國蔚. 腦缺氧和腦缺氧適應時能量代謝的變化[J]. 首都醫科大學學報,1996,17(2):153-155.

[11]李 麗,趙成萍,李 宏,等. 質粒制備絕對定量PCR標準曲線方法的建立[J]. 農業生物技術學報,2011,19(6):1157-1162.

1.3.3.3 質粒DNA抽提、酶切及純化 利用質粒DNA小量抽提試劑盒對鑒定正確的陽性菌液進行質粒提取。通過EcoRⅠ對抽提的質粒進行酶切37 ℃孵育1 h后,65 ℃ 20 min 使酶失活。將酶切好的質粒DNA進行瓊脂糖凝膠電泳檢測,并利用solarbio 瓊脂糖凝膠DNA回收試劑盒對目標DNA條帶進行回收純化,從而去除酶切不完全的環狀質粒。

1.3.3.4 質粒DNA濃度測定及梯度稀釋 利用核酸蛋白檢測儀對純化后的線性質粒進行濃度測定。根據公式:質??截悢担截悢?μL)=6.02×1023(拷貝數/mol) ×質粒濃度(g/μL)/質粒分子量(g/mol),得出質??截悢?,然后將質粒進行10倍梯度稀釋,分別稀釋成1×108~1×102拷貝數/μL的7個梯度,作為標準品。

1.3.4 real-time PCR反應 real-time PCR擴增反應的加樣體系如下:模板2 μL,濃度為10 μmol/L的上、下游引物各1 μL,ddH2O2 8.5 μL,SYBR Premix Ex Taq Ⅱ12.5 μL。PCR擴增程序為:95 ℃ 30 s,95 ℃ 5 s,60 ℃ 30 s。首先將反轉錄產物cDNA上機后進行1個循環,使cDNA由單鏈變為雙鏈,后與標準品一同進行40個循環。待測樣品設置3個重復。

2 結果與分析

2.1 總RNA檢測結果

利用BIO-RAD核酸蛋白檢測儀測定RNA純度及濃度,測定結果見表2,各項指標均符合要求。凝膠電泳檢測結果見圖1,泳道自左至右以此為:額葉、顳葉、頂葉、枕葉、小腦及海馬,18S及28S條帶清晰,并無降解現象出現。

2.4 高原習服黃牛腦組織內SLC25A6基因mRNA表達量

通過反轉錄試劑盒進行反轉錄時,20 μL的反轉錄體系中共加入了1 μg的總RNA,而進行Real-time PCR時,反應體系中加入了2 μL反轉錄產物。根據標準曲線中CT值與基因拷貝數的關系,換算出SLC25A6基因在總RNA/μg中的絕對表達量。高原習服黃牛腦組織內SLC25A6基因mRNA表達量見表3、圖5。高原習服黃牛腦組織中小腦SLC25A6基因表達量最高,拷貝數均值為3.683×107拷貝數/μg,顯著高于其他各組織;頂葉表達量最低,小腦表達量為頂葉表達量的2.79倍;顳葉與枕葉、海馬表達量均值之間有統計學意義;頂葉與枕葉、海馬表達量均值之間有統計學意義;額葉、顳葉、頂葉均值之間差異,枕葉與海馬之間差異均無統計學意義。

度地利用氧,并產生盡可能多的能量;腦組織的缺氧適應能夠使損壞腦細胞的不良因素得到抑制或調整,使腦組織在不良環境下度過危險期[10]。ANT在能量代謝中發揮著重要作用,本試驗通過測定SLC25A6基因在高原習服黃牛腦組織中的表達情況,間接反映腦組織不同部位在高原低氧習服情況下對能量的利用情況。

由于反轉錄產物cDNA為單鏈,而標準品質粒為雙鏈,所以進行Real-time PCR時,先將cDNA進行1個循環的擴增,使其變為雙鏈,后與標準品一同進行40個循環,以避免單鏈與雙鏈之間的差異[11]。試驗結果表明,標準曲線的擴增效率為E=104.9%,回歸系數r=-0.996,斜率為-3.210,溶解曲線峰值單一。從這些參數可以看出標準曲線線性關系良好,引物特異性較強。結果能夠真實反映出SLC25A6基因在高原習服黃牛腦組織中的實際拷貝數。

本研究結果表明,在高原習服黃牛腦組織中SLC25A6基因的表達量從高到低依次為小腦、海馬、枕葉、額葉、顳葉、頂葉,小腦表達量顯著高于其組織,小腦SLC25A6基因表達量為額葉表達量的2.79倍。頂葉消耗能量強度較低,細胞能量代謝較弱,小腦消耗能量強度較大,細胞能量代謝較強??梢酝茢囗斎~為低氧環境敏感區域,小腦抗低氧能力較強。

參考文獻:

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[2]胡定煜,李 浡,戴榮繼,等. 常壓低氧下Wistar大鼠腦組織中HIF-1α表達與腦損傷[J]. 化學通報,2010,73(11):1030-1034.

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[9]Zamora M,Granell M,Mampel T,et al. Adenine nucleotide translocase 3(ANT3) overexpression induces apoptosis in cultured cells[J]. FEBS Letters,2004,563(1/2/3):155-160.

[10]崔秀玉,呂國蔚. 腦缺氧和腦缺氧適應時能量代謝的變化[J]. 首都醫科大學學報,1996,17(2):153-155.

[11]李 麗,趙成萍,李 宏,等. 質粒制備絕對定量PCR標準曲線方法的建立[J]. 農業生物技術學報,2011,19(6):1157-1162.

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