穩定表達Notch1胞內結構域肺腺癌細胞株的構建及鑒定

鄒斌，吳霞，周學亮，詹宇亮，賴松青，劉季春

(南昌大學第一附屬醫院，南昌330006)

穩定表達Notch1胞內結構域肺腺癌細胞株的構建及鑒定

鄒斌，吳霞，周學亮，詹宇亮，賴松青，劉季春

(南昌大學第一附屬醫院，南昌330006)

目的 構建Notch1胞內結構域(N1ICD)穩定表達的肺腺癌A549細胞株。方法 采用PCR方法擴增N1ICD基因，構建慢病毒重組質粒pHBLV-N1ICD-ZsGreen-Puro(LV-N1ICD)，采用PCR和基因測序鑒定重組質粒。高純度無內毒素抽提慢病毒重組質粒和輔助包裝原件載體質粒，使用慢病毒空載質粒(LV-ZsGreen-Puro)和LV-N1ICD共轉染293T細胞包裝慢病毒，利用藥物篩選法測定病毒滴度。將A549細胞分成A549-N1ICD組和A549-ZsGreen-Puro組，分別加入LV-N1ICD和LV-ZsGreen-Puro，取制備好的慢病毒感染A549細胞，加入嘌呤霉素篩選穩定轉染細胞株，熒光顯微鏡觀察轉染效率，以帶有綠色熒光的細胞初步視為穩定轉染的細胞株。以A549細胞為對照組，進一步采用qPCR和Western blot方法分別檢測N1ICD mRNA及蛋白表達。結果 PCR及基因測序結果表明pHBLV-N1ICD-ZsGreen-Puro重組質粒構建成功。LV-N1ICD組病毒滴度為1×108TU/mL，LV-ZsGreen-Puro組病毒滴度為1×108TU/mL。經嘌呤霉素篩選后，熒光顯微鏡下觀察細胞形態無明顯變化，A549-ZsGreen-Puro組和A549-N1ICD組70%～80%的細胞帶有綠色熒光。對照組、A549-ZsGreen-Puro組、A549-N1ICD組的N1ICD mRNA相對表達量分別為1.59±0.11、1.09±0.10、70.81±6.39，A549-N1ICD組高于其他兩組(P均<0.01)。三組N1ICD蛋白相對表達量分別為1.99±0.13、1.73±0.08、6.58±0.43，A549-N1ICD組高于其他兩組(P均<0.01)。結論 成功構建了穩定表達N1ICD的肺腺癌A549細胞株。

肺腺癌；Notch蛋白；胞內結構域；慢病毒重組質粒

Notch信號通路是鄰近細胞間重要的信息傳遞方式。Notch蛋白是一種跨膜受體蛋白，包括膜外結構域、跨膜結構域及胞內結構域(ICD)。當Notch受體與細胞膜表面的配體結合后，Notch信號通路被激活，隨后受體的ICD被釋放進入細胞核，激活下游靶基因，在細胞增殖、分化及凋亡中發揮重要作用[1]。研究發現，非小細胞肺癌(NSCLC)患者Notch1信號通路異常是相對頻繁的生物學事件[2]，對NSCLC的細胞生物學行為(腫瘤發生、增殖、凋亡等)具有重要影響[3，4]，且Notch1信號分子表達與NSCLC患者的預后相關[5～7]。2016年4～7月，我們通過慢病毒感染在肺腺癌A549細胞株中構建穩定表達的Notch1胞內結構域(N1ICD)，為進一步探討Notch1信號通路在NSCLC中的生物學作用奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料 肺腺癌A549細胞株、人胚腎293T細胞株購自ATCC公司；大腸桿菌菌株DH5α購自Invitrogen公司；慢病毒包裝系統pHBLV-ZsGreen-Puro，輔助包裝質粒pSPAX2、pMD2G購自Hanbio公司。限制性內切酶、DNA ladder，Fermentas公司；一步式克隆試劑盒，南京諾唯贊生物科技有限公司；瓊脂糖凝膠回收試劑盒，Axygen公司；質粒DNA大抽提取試劑盒，Qiagen公司；LipofiterTM，Hanbio公司；RPMI1640培養基、0.25%胰蛋白酶，Solarbio公司；胎牛血清，Gibco公司；嘌呤霉素，Sigma公司；Reverse Transcriptase，QPCR mix，TOYOBO公司；兔抗activated Notch1多克隆抗體，Abcam公司；鼠抗β-actin單克隆抗體，Cell signaling technology公司；辣根過氧化物酶標記的山羊抗兔、山羊抗鼠抗體，北京中杉金橋生物技術有限公司；SuperSignal?West Femto試劑盒，Thermo scientific公司。實時熒光定量PCR儀(Roche，LightCycler 96)；蛋白電泳儀(Bio-Rad)；化學發光成像系統(GE，LAS4000)。

1.2 慢病毒重組質粒的構建及鑒定 根據基因庫中的人Notch1基因編碼序列(NCBI Reference Sequence：NM_017617.3)，Primer Premier 5.0設計N1ICD克隆引物，上游引物：5′-GGATCTATTTCCGGTGAATTCGCCACCATGCTGCTGTCCCGCAA-3′；下游引物：5′-GGATCCGCGGCCGCTTCTAGACTTGAAGGCCTCCGGAAT-3′，EcoRⅠ、XbaⅠ酶切位點由Hanbio公司合成。PCR法獲得N1ICD片段，1%瓊脂糖凝膠電泳鑒定PCR產物。處理好的目的片段N1ICD及pHBLV-ZsGreen-Puro載體行重組反應,生成重組慢病毒pHBLV-N1ICD-ZsGreen-Puro(LV-N1ICD)，轉化化學感受態細胞DH5α，接種于含100 μg/mL氨芐青霉素的LB平板培養皿過夜，第2天挑選單克隆菌落，加入含氨芐青霉素的LB液態培養基，37 ℃培養14 h，進行PCR及測序鑒定。

1.3 慢病毒包裝、濃縮及滴度測定 制備好的慢病毒重組質粒及其輔助包裝原件載體質粒pSPAX2、pMD2G使用大抽試劑盒進行高純度無內毒素抽提，分成慢病毒空載組(LV-ZsGreen-Puro)和LV-N1ICD組，兩組共轉染293T細胞，加入LipofiterTM轉染試劑，轉染后6 h更換為完全培養基，分別于培養48、72 h收集2次病毒，將病毒離心濃縮。采用藥物篩選法測定病毒滴度。將病毒進行3倍梯度稀釋，連續6個稀釋度，分別加入生長狀態良好的293T細胞，24 h后，將培養液更換為含嘌呤霉素2.5 μg/mL的培養液。48 h后在顯微鏡下觀察結果，以活細胞10%～30%的孔計算病毒滴度。病毒滴度=細胞數×感染復數(MOI)×病毒稀釋倍數×103。

1.4 慢病毒載體介導N1ICD穩定表達A549細胞株篩選 將A549細胞按5×105/孔加入6孔板，分成A549-N1ICD組和A549-ZsGreen-Puro組，分別加入LV-N1ICD和LV-ZsGreen-Puro。先加入含慢病毒(MOI=20)的半量培養液(含5 μg/mL聚凝胺)，4 h后再補充另半量培養液(含5 μg/mL聚凝胺)，24 h后換完全培養基。48 h后更換含嘌呤霉素2 μg/mL的完全培養液進行篩選，每隔2～3 d換液、傳代。由于該病毒同時帶有GFP報告基因及嘌呤霉素抗性基因，成功轉染后的細胞將存活，并在熒光顯微鏡下呈綠色熒光。反復篩選2周左右，帶有綠色熒光的細胞初步視為穩定轉染的細胞株。

1.5 穩定表達N1ICD的A549細胞株鑒定 取A549-N1ICD組和A549-ZsGreen-Puro組細胞，以A549細胞為對照組。

1.5.1 N1ICD mRNA檢測 采用qPCR方法。TRIzol法提取細胞總RNA，逆轉錄酶合成cDNA。以GAPDH為內參基因，設計并合成引物。N1ICD引物序列為：上游5′-ACCAATACAACCCTCTGCGG-3′,下游5′-GGCCCTGGTAGCTCATCATC-3′;GAPDH引物序列為：上游5′-TCAAGGCTGAGAACGGGAAG-3′,下游5′-TCGCCCCACTTGATTTTGGA-3′。qPCR反應條件：95 ℃ 3 min；95 ℃ 15 s，60 ℃ 15 s，72 ℃ 20 s，共40個循環。讀取基因擴增的Ct值，以GAPDH為內參，采用2-ΔΔCt法計算N1ICD mRNA的相對表達量。

1.5.2 N1ICD蛋白檢測 采用Western blot法。使用細胞裂解液提取細胞總蛋白，BCA法測定蛋白濃度。聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)分離蛋白，分離膠濃度為10%。采用濕轉法將蛋白轉移到硝酸纖維素膜，5%牛奶室溫封閉1 h。分別加入稀釋的一抗、兔抗activated Notch1多克隆抗體(1∶500)、鼠抗β-actin單克隆抗體(1∶2 000)，4 ℃過夜。加入辣根過氧化物酶標記的二抗(1∶2 000)，室溫孵育1 h，化學發光成像系統檢測。Quantity One軟件對蛋白條帶進行半定量分析，以目標蛋白與β-actin的比值表示N1ICD蛋白的相對表達量。實驗重復3次取平均值。

1.6 統計學方法 采用SPSS17.0統計軟件。組間樣本比較采用Student-t檢驗。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 LV-N1ICD重組質粒鑒定結果 PCR擴增N1ICD序列，1%瓊脂糖凝膠電泳，獲得一條與預計相符的特異性條帶(圖1)。擴增序列及pHBLV-CMVIE-ZsGreen-Puro載體經酶切回收后進行重組反應，轉化化學感受態細胞DH5α，挑選單克隆菌落搖菌，菌液行PCR鑒定，可見一條與預計相符的特異性條帶(圖2)。陽性克隆菌液經測序公司測序，與NCBI數據庫中基因序列對比分析，核苷酸序列完全一致。測序無突變的克隆命名為LV-N1ICD重組質粒。

注：1為 N1ICD PCR產物;2為DNA Marker。

圖1 N1ICD PCR產物鑒定

注：1為DNA Marker;2～5為N1ICD單克隆PCR產物。

圖2 pHBLV- N1ICD-ZsGreen-Puro重組質粒鑒定

2.2 N1ICD慢病毒滴度 LV-N1ICD組病毒稀釋倍數為30倍，活細胞數估計為4×103，MOI=1，滴度約為1×108TU/mL。LV-ZsGreen-Puro組病毒滴度為1×108TU/mL。

2.3 慢病毒載體介導N1ICD穩定表達的A549細胞株篩選結果 經嘌呤霉素篩選后，熒光顯微鏡下觀察細胞形態無明顯變化，A549-ZsGreen-Puro組和A549-N1ICD組70%～80%的細胞帶有綠色熒光。

2.4 穩定表達N1ICD的A549細胞株鑒定結果 對照組、A549-ZsGreen-Puro組、A549-N1ICD組的N1ICD mRNA相對表達量分別為1.59±0.11,1.09±0.10,70.81±6.39，A549-N1ICD組高于其他兩組(P均<0.01)。三組N1ICD蛋白相對表達量分別為1.99±0.13、1.73±0.08、6.58±0.43，A549-N1ICD組高于其他兩組(P均<0.01)。提示慢病毒載體介導N1ICD穩定表達的A549細胞株構建成功。

3 討論

Notch信號通路異常與多種惡性腫瘤相關[8～10]。其作為癌基因或抑癌基因在腫瘤形成過程中發揮重要作用。10%的NSCLC患者存在Notch1基因的激活突變，30%的NSCLC患者因抑制因子Numb下調導致N1ICD激活[2]。Meta分析顯示，Notch1高表達與淋巴結轉移及更晚TNM分期相關，Notch1表達與NSCLC總生存率呈負相關，其靶基因Hes1的過表達與總生存率低相關[5]。然而，一些體外研究表明，Notch1信號通路對NSCLC細胞增殖和凋亡的影響取決于微環境[11～14]。例如，過表達N1ICD可誘導肺腺癌細胞凋亡，而在缺氧環境下，Notch1又可促進細胞增殖和存活[11，13]。因此，研究Notch1信號通路對NSCLC細胞的生物學影響，必須考慮腫瘤微環境因素。近年研究發現，Notch信號通路在誘導和維持肺癌干細胞特性中發揮重要作用[15]。

慢病毒轉染系統是構建穩定過表達或干擾表達細胞系的主要方式[16]。慢病毒插入細胞基因組可獲得穩定表達，持續時間較長。而腺病毒盡管滴度高、轉染效率較高，但其不整合到基因組，無法穩定表達，不適合長周期實驗。本研究采用慢病毒作為載體，通過篩選穩定轉染細胞株，解決其轉染效率低的問題。A549細胞是體內、體外實驗常用的NSCLC細胞株，常規培養條件下A549細胞的N1ICD呈低表達狀態[11]。為研究Notch1信號通路對其生物學影響，選擇慢病毒過表達載體激活該信號通路是較好的方式。本研究應用慢病毒載體系統先構建pHBLV-N1ICD-ZsGreen-Puro重組質粒，PCR鑒定及基因測序確保構建的準確性。我們采用較低病毒濃度感染A549細胞，以盡量減小病毒對細胞活力的影響。利用該病毒帶有嘌呤霉素抗性，采用藥物篩選法篩選出穩定轉染的細胞株。成功轉染后的細胞對嘌呤霉素產生抵抗，而未轉染的細胞對其敏感。經反復藥物篩選，穩定轉染的細胞存活。同時該病毒帶有GFP報告基因，成功轉染后的細胞將表達綠色熒光蛋白，在熒光顯微鏡下可以觀察到。本研究觀察到70%～80%的細胞呈綠色熒光，剩余細胞熒光較弱或未見熒光，這可能與未轉染的細胞原發性耐藥或者轉染后細胞活力降低有關。進一步行qPCR和Western blot檢測顯示A549-N1ICD組N1ICD水平明顯高于其他兩組。熒光顯微鏡、qPCR和Western blot結果共同驗證了N1ICD穩定表達的肺腺癌細胞株構建成功，從而為后續實驗奠定了良好的基礎。

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Construction and identification of lung adenocarcinoma cell line with stable expression of N1ICD

ZOUBin,WUXia,ZHOUXueliang,ZHANYuliang,LAISongqing,LIUJichun

(TheFirstAffiliatedHospitalofNanchangUniversity,Nanchang330006,China)

Objective To construct a lung adenocarcinoma cell line A549 with stable expression of Notch1 intracellular domain (N1ICD). Methods The N1ICD fragment was amplified by PCR, which was used to construct pHBLV-N1ICD-ZsGreen-Puro plasmid (LV-N1ICD). The recombinant plasmid was identified by PCR and gene sequencing. LV-N1ICD was packaged by transfection of 293T cells with recombinant plasmid and auxiliary plasmids which were purified without endotoxin extraction. Lentivirus empty plasmid(LV-ZsGreen-Puro)was also constructed. Drug screening method was used to determine the titer of LV-N1ICD and LV-ZsGreen-Puro. A549 cells were divided into A549-N1ICD group and A549-ZsGreen-Puro group. Puromycin was used to screen stable transfection cell line after infection of A549 cell with LV-N1ICD or LV-ZsGreen-Puro. Transfection efficiency was observed by fluorescence microscope and cells with green fluorescent were preliminarily identified as stable transfection cell lines. Taking A549 cells as the control group, and N1ICD mRNA and protein expression was further detected by qPCR and Western blotting, respectively. Results PCR and gene sequencing showed that pHBLV-N1ICD-ZsGreen-Puro plasmid was successfully constructed. The titer of LV-N1ICD was 1×108TU/mL and the LV-ZsGreen-Puro was 1×108TU/mL. Cells shape had no obvious changes and green fluorescence was detected in about 70%-80% cells of the A549-ZsGreen-Puro and A549-N1ICD group by fluorescence microscope after Puromycin screening. The N1ICD mRNA expression of the control group, A549-ZsGreen-Puro group and A549-N1ICD group was 1.59±0.11, 1.09±0.10 and 70.81±6.39, respectively and the N1ICD mRNA expression of the A549-N1ICD group was significant higher than that of the other two groups (allP<0.01). The N1ICD protein expression of the three groups was 1.99±0.13, 1.73±0.08 and 6.58±0.43, respectively and the N1ICD protein expression of the A549-N1ICD group was significant higher than that of the other two groups (allP<0.01).Conclusions A lung adenocarcinoma cell line A549 with stable expression of N1ICD was successfully constructed.

lung adenocarcinoma; Notch protein; intracellular domain; lentivirrus

國家自然科學基金資助項目(81570262)；江西省研究生創新專項資金(YC2015-B009)。

鄒斌(1980-)，主治醫師，博士研究生。主要研究方向為肺癌的綜合治療。E-mail: doctorzb@sina.cn

劉季春(1960-)，博士，教授，主任醫師。主要研究方向為肺癌的綜合治療。E-mail: liujichun999@163.com

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.06.002

R734.2

A

1002-266X(2017)06-0005-04

2016-09-24)