本發(fā)明屬于生物技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種人類circRNA過表達(dá)載體框架、過表達(dá)載體及其制備方法。
背景技術(shù):
環(huán)狀RNA(circRNA)廣泛且多樣地存在于多種生物細(xì)胞中,是具有調(diào)控基因表達(dá)作用的一類內(nèi)源性ncRNA分子。最早于20世紀(jì)70年代在RNA病毒中被發(fā)現(xiàn)。之后幾十年,人們在一些轉(zhuǎn)錄本中也發(fā)現(xiàn)了一些由外顯子構(gòu)成的circRNA,如結(jié)腸直腸癌缺失基因轉(zhuǎn)錄本、人類Ets-1基因轉(zhuǎn)錄本等,但當(dāng)時它們被認(rèn)為是轉(zhuǎn)錄的“噪音”,未引起人們太多的關(guān)注。而近年來,隨著生物信息學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,Salzman等、Jeck等、Memczak等及Guo等分別在人類和小鼠的多種細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了成千上萬種circRNA。目前發(fā)現(xiàn)的circRNA,根據(jù)其在基因組中的來源及其構(gòu)成序列的不同,可以分為3類:外顯子來源的環(huán)形RNA分子,內(nèi)含子來源的環(huán)形RNA分子和由外顯子和內(nèi)含子共同組成的環(huán)形RNA分子。
CircRNA具有以下特征:表達(dá)水平差異較大;具有序列保守性;偏好于細(xì)胞漿中;不易被核酸外切酶RNase R降解;外顯子來源為主;屬于ncRNA;可充當(dāng)ceRNA的角色調(diào)控靶基因的表達(dá);在轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄后水平發(fā)揮調(diào)控作用。這些特征使得circRNA在研究疾病發(fā)生機(jī)制、干預(yù)靶點(diǎn)和生物學(xué)標(biāo)志物等方面顯示顯著優(yōu)勢。
研究表明,circRNA在轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后水平具有以下非常重要的基因表達(dá)調(diào)控作用。(1)miRNA海綿作用:小腦變性相關(guān)蛋白1反義轉(zhuǎn)錄物(antisense to the cerebellar degeneration-related protin 1transcript,CDR1as)是一種circRNA,擁有至少60個與微小RNA-7(microRNA-7,miR-7)相結(jié)合的保守結(jié)合位點(diǎn),從而充當(dāng)miR-7海綿,有效影響miR-7靶基因活性。此外,研究發(fā)現(xiàn),睪丸特異性基因Sry的circRNA具有16個微小RNA-138的靶位點(diǎn),可與miR-138相互作用,充當(dāng)miR-138海綿。(2)調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄:Zhang等鑒定出一種來源于基因內(nèi)含子區(qū)域的circRNA,發(fā)現(xiàn)這種circRNA分子在細(xì)胞核內(nèi)含量豐富,可參與基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控。(3)調(diào)控RNA結(jié)合蛋白:Bohjanen等設(shè)計了一種能夠特異地結(jié)合反式激活調(diào)控蛋白(transactivating regulatory protein,Tat)的circRNA分子,從而抑制I型人類免疫缺陷病毒1(HIV-1)基因的表達(dá)。(4)參與部分蛋白質(zhì)翻譯:丁型肝炎病毒(hepatitis D virus antigen,HDAg)在疾病發(fā)展中起到重要的作用。另外,研究發(fā)現(xiàn),人頭骨瘤細(xì)胞U2OS中,circRNA具有翻譯功能,盡管其翻譯效率非常低。
近年來,隨著高通量測序技術(shù)及基因芯片技術(shù)的高速發(fā)展,研究者們在真核生物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了越來越多的circRNA。如Salzman等發(fā)現(xiàn)了數(shù)以百計的與人類基因表達(dá)相關(guān)的circRNA。Jeck等在人類成纖維細(xì)胞中檢測到了高達(dá)25000多種circRNA。Danan等又發(fā)現(xiàn)了生物體內(nèi)circRNA的各種特性。同時,人們在認(rèn)識circRNA的結(jié)構(gòu)時候,發(fā)現(xiàn)它們在疾病的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。如circRNA與腫瘤、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、動脈粥樣硬化、糖尿病及病毒性肝炎等有關(guān),因此,circRNA作為分子標(biāo)記物的診斷價值在疾病的發(fā)現(xiàn)和治療中發(fā)揮著巨大作用。然而,circRNA在生物體內(nèi)發(fā)揮的功能及分子作用機(jī)制的研究卻非常少。目前的研究中,僅僅明確了circRNA具有吸附miRNA的海綿作用、調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄等作用。
研究發(fā)現(xiàn),在敲除或干擾調(diào)控circRNA相關(guān)基因時,機(jī)體內(nèi)circRNA的表達(dá)水平受到不同程度的抑制。Agnieszka等(2015)研究發(fā)現(xiàn),隨著人和小鼠大腦神經(jīng)元的分化,機(jī)體內(nèi)circRNA水平均能上調(diào)。同時,敲除了circRNA負(fù)調(diào)控基因ADAR1能提高circRNA的表達(dá)量。Xu等(2015)利用毛喉素和PMA較長時間誘導(dǎo)處理人和小鼠胰島細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)Cdr1as呈現(xiàn)不同程度的高表達(dá),相反,用高糖溶液處理卻使Cdr1as表達(dá)水平降低。同時,在機(jī)體內(nèi)加入pCDNA3-CIRS-7重組載體過表達(dá)Cdr1as能顯著提高胰島素的含量及分泌水平。Kramer等(2015)研究發(fā)現(xiàn),內(nèi)含子重復(fù)序列和反式拼接因子能提高果蠅laccase2環(huán)化水平,同時在人和小鼠細(xì)胞內(nèi)也發(fā)現(xiàn)laccase 2側(cè)翼內(nèi)含子序列能夠增加不同外顯子的環(huán)化效率。雖然pCDNA3-CIRS-7外源表達(dá)載體已成功地運(yùn)用到科學(xué)研究中,且Kramer等(2015)也初步闡述了circRNA環(huán)化的分子機(jī)制,但是想要進(jìn)一步明確circRNA在生物體內(nèi)的形成機(jī)制及發(fā)揮的功能仍需要更多的其他circRNA相關(guān)數(shù)據(jù)來佐證。
因此,circRNA過表達(dá)載體是研究circRNA功能機(jī)制的必不可少的工具。現(xiàn)有pCDNA3-CIRS-7過表達(dá)載體、laccase 2基因的過表達(dá)載體等,僅能用于一種circRNA的過表達(dá),現(xiàn)有技術(shù)中并沒有一個通用載體能表達(dá)人類的所有circRNA。因此,提供一種能過表達(dá)人類circRNA的通用載體有利于circRNA功能機(jī)制的研究。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
有鑒于此,有必要針對上述的問題,提供一種人類circRNA過表達(dá)載體框架、過表達(dá)載體及其制備方法。
一種人類circRNA過表達(dá)載體框架,包含啟動子-反向互補(bǔ)反應(yīng)上游元件-多克隆位點(diǎn)-反向互補(bǔ)反應(yīng)下游元件-終止子,所述反向互補(bǔ)反應(yīng)上游元件的序列如SEQ ID NO:1所示,所述反向互補(bǔ)反應(yīng)下游元件的序列如SEQ ID NO:2所示。
優(yōu)選地,所述啟動子為pCMV,所述終止子為BGH pA。
優(yōu)選地,所述多克隆位點(diǎn)依次包含第一酶切位點(diǎn)、填充序列和第二酶切位點(diǎn)。
優(yōu)選地,第一酶切位點(diǎn)為BamHⅠ,第二酶切位點(diǎn)為EcoRⅠ。
一種人類circRNA過表達(dá)載體,以目的circRNA的基因序列替換上述人類circRNA過表達(dá)載體中的填充序列。
優(yōu)選地,所述目的circRNA的基因序列的長度為100-5000bp。
所述人類circRNA過表達(dá)載體框架的制備方法,包含以下步驟:
S1、采用基因合成的方式直接合成反向互補(bǔ)反應(yīng)上游元件-含第一、第二酶切位點(diǎn)的多克隆位點(diǎn)-反向互補(bǔ)反應(yīng)下游元件,得到核心元件,在其上游添加第三酶切位點(diǎn),在其下游添加第四酶切位點(diǎn);
S2、雙酶切pCDA 3.1載體和含有第三、四酶切位點(diǎn)的核心元件,用連接酶將核心元件連入pCDA 3.1載體中CMV啟動子下游,測序驗(yàn)證正確得到人類circRNA過表達(dá)載體框架。
優(yōu)選地,所述第三酶切位點(diǎn)為HindIII,所述第四酶切位點(diǎn)為Xhol。
所述人類circRNA過表達(dá)載體的制備方法,包含以下步驟:使用含有第一酶切位點(diǎn)、內(nèi)含子AG受體的上游引物以及含有第二酶切位點(diǎn)、內(nèi)含子GT供體的下游引物,PCR擴(kuò)增目的circRNA的基因序列,雙酶切人類circRNA過表達(dá)載體框架和目的circRNA的基因序列,用連接酶將目的circRNA的基因序列連入人類circRNA過表達(dá)載體框架。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有如下有益效果:
本發(fā)明中構(gòu)建的人類circRNA過表達(dá)載體,可以通用表達(dá)所有人類circRNA。本發(fā)明中通過反向互補(bǔ)反應(yīng)上、下游元件的反向互補(bǔ)環(huán)化,反向互補(bǔ)上、反向互補(bǔ)反應(yīng)下游元件各有多個ALU序列,更能保證環(huán)化效率,提高circRNA表達(dá)效率。
附圖說明
圖1為circRNA過表達(dá)載體框架模式圖。
圖2為circRNA_100146基因結(jié)構(gòu)模式圖。
圖3為circRNA_100146基因上下游ALU重復(fù)序列的系統(tǒng)發(fā)育樹。
圖4為實(shí)施例2中擴(kuò)增后circRNA_2371的PCR產(chǎn)物電泳圖。其中,maker采用1kb Plus DNA marker;a為circRNA_2371。
圖5為實(shí)施例2中菌落PCR鑒定電泳圖。其中,maker為DL500maker,a、b、c、d均為pcircRNA 1.1-circRNA_2371。
圖6為實(shí)施例2中pcircRNA 1.1-circRNA_2371的qPCR相對定量圖。
圖7為實(shí)施例2中pcircRNA 1.1-circRNA_2371表達(dá)的circRNA_2371測序結(jié)果圖。
圖8為實(shí)施例3中擴(kuò)增后circRNA_2373的PCR產(chǎn)物電泳圖。其中,maker采用DL2000 DNA marker;a為circRNA_2373。
圖9為實(shí)施例3中菌落PCR鑒定電泳圖。其中,maker為DL500maker,a、b、c、d均為pcircRNA 1.1-circRNA_2373。
圖10為實(shí)施例3中pcircRNA 1.1-circRNA_2373的qPCR相對定量圖。
圖11為實(shí)施例3中pcircRNA 1.1-circRNA_2373表達(dá)的circRNA_2373測序結(jié)果圖。
圖12為實(shí)施例4中擴(kuò)增后circRNA T的PCR產(chǎn)物電泳圖。其中,maker采用DL5000DNA marker;a為circRNA_T。
圖13為實(shí)施例4中菌落PCR鑒定電泳圖。其中,maker為DL5000maker,a、b、c、d、e均為pcircRNA 1.1-circRNA_T。
圖14為實(shí)施例4中pcircRNA 1.1-circRNA_T的qPCR相對定量圖。
圖15為實(shí)施例4中pcircRNA 1.1-circRNA_T表達(dá)的circRNA_T測序結(jié)果圖。
具體實(shí)施方式
為了更好的說明本發(fā)明,下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式做進(jìn)一步說明。本發(fā)明中所用試劑或儀器均可由市場購得,使用的檢測方法等都是本領(lǐng)域所熟知的,在此不再贅述。
實(shí)施例1、人類circRNA過表達(dá)載體框架及其制備方法
一種人類circRNA過表達(dá)載體框架,以pcDNA3.1為骨架構(gòu)建,其結(jié)構(gòu)如圖1所示,包含pCMV(啟動子)-反向互補(bǔ)反應(yīng)上游元件-多克隆位點(diǎn)-反向互補(bǔ)反應(yīng)下游元件-BGH pA(終止子)。所述反向互補(bǔ)反應(yīng)上游元件的序列如SEQ ID NO:1所示,所述反向互補(bǔ)反應(yīng)下游元件的序列如SEQ ID NO:2所示。
本實(shí)施例中反向互補(bǔ)反應(yīng)上、下游元件是以hsa_circRNA_100146為研究目標(biāo)開展,該circRNA宿主基因?yàn)镋ukaryotic translation initiation factor 3subunit I(EIF3I);EIF3I是EIF3復(fù)合物的一種亞基。EIF3是最大的真核起始因子,也是最復(fù)雜的起始因子。在哺乳動物細(xì)胞中,EIF3是一個多亞基復(fù)合物,哺乳動物中存在13種不同的亞基(a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l和m),其分子量超過了600KDa,真核翻譯起始進(jìn)程中起著核心作用。
circRNA_100146是一個雙外顯子circRNA,對其兩翼內(nèi)含子序列分析共發(fā)現(xiàn)9個ALU重復(fù)序列(上游5個,下游4個),如圖2所示。對9個ALU重復(fù)序列(上游5個,下游4個)開展序列比對分析發(fā)現(xiàn)ALU上游-2、-1與下游+1、+2序列(具體序列分別如SEQ ID NO:3-6所示)同源性較高,具備RNA前體并形成circRNA環(huán)化反應(yīng)元件,系統(tǒng)發(fā)育樹如圖3所示。因此,本實(shí)施例在circRNA_100146ALU上游-1、-2與下游+1、+2序列的基礎(chǔ)上設(shè)計得到本發(fā)明SEQ ID NO:1和SEQ ID NO:2所示的序列作為反向互補(bǔ)反應(yīng)上、下游元件。
所述多克隆位點(diǎn)依次包含第一酶切位點(diǎn)、填充序列和第二酶切位點(diǎn)。第一酶切位點(diǎn)和第二酶切位點(diǎn)為pcDNA3.1中不含有的酶切位點(diǎn)。優(yōu)選地,本實(shí)施例中第一酶切位點(diǎn)為BamHⅠ,第二酶切位點(diǎn)為EcoRⅠ。所示填充序列由任意核苷酸組成,后續(xù)被目的circRNA的基因序列所替換。所述填充序列不宜過短或過長,過短不利于酶切,過長會增加擴(kuò)增時間。因此,本實(shí)施例中多克隆位點(diǎn)的具體序列如SEQ ID NO:7所示,具體為GGATCC(BamH I)GCG CAGGA CCG GAATTC(EcoR I)。
本實(shí)施例中circRNA過表達(dá)載體框架的制備方法,包含以下步驟:
S1、采用基因合成的方式直接合成反向互補(bǔ)反應(yīng)上游元件-多克隆位點(diǎn)(含BamH I、EcoR I)-反向互補(bǔ)反應(yīng)下游元件,得到核心元件,在其上游添加第三酶切位點(diǎn),在其下游添加第四酶切位點(diǎn);所述第三、四酶切位點(diǎn)為pCDA 3.1載體含有的多克隆位點(diǎn),本實(shí)施例中優(yōu)選為HindIII和Xhol;
S2、雙酶切pCDA 3.1載體和含有第三、四酶切位點(diǎn)的核心元件,用連接酶將核心元件連入pCDA 3.1載體中CMV啟動子下游,經(jīng)測序鑒定成功,將構(gòu)建的過表達(dá)載體框架命名為pcircRNA1.1。制得的pcircRNA1.1于大腸桿菌中保藏并擴(kuò)增。
實(shí)施例2、pcircRNA1.1-circRNA_2371過表達(dá)載體及其制備方法
CircRNA_2371對應(yīng)的基因序列如SEQ ID NO:8所示,采用傳統(tǒng)酶切結(jié)合連接的方式將circRNA片段連接入pcircRNA1.1過表達(dá)載體中,即使用含有第一酶切位點(diǎn)(GCATCC)、內(nèi)含子AG受體(TCCAG)、特異性基因序列的上游引物以及含有第二酶切位點(diǎn)(GAATTC)、內(nèi)含子GT供體(GTAAGT)、特異性基因序列的下游引物,PCR擴(kuò)增目的circRNA的基因序列,雙酶切人類circRNA過表達(dá)載體框架和目的circRNA的基因序列,用連接酶將目的circRNA的基因序列連入人類circRNA過表達(dá)載體框架,便可得到pcircRNA1.1-circRNA_2371過表達(dá)載體。
具體制備方法如下:
(1)設(shè)計合成circRNA引物,擴(kuò)增circRNA_2371
擴(kuò)增體系如表1所示。
表1、擴(kuò)增體系
擴(kuò)增程序?yàn)椋?/p>
預(yù)變性:94℃5min。變性:94℃10sec;退火:根據(jù)引物設(shè)定溫度,30sec;延伸:72℃1kb/1min;共35循環(huán)。延伸:72℃10min。保存:12℃。
擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行瓊脂糖凝膠電泳,目標(biāo)條帶約360bp,結(jié)果如圖4所示。擴(kuò)增產(chǎn)物回收、純化按照上海美吉生物醫(yī)藥有限公司膠中DNA回收試劑盒(AE-HSCH)操作說明回收PCR產(chǎn)物。
(2)提取pcircRNA1.1過表達(dá)載體
按照生工生物工程有限公司SanPrep無內(nèi)毒素質(zhì)粒DNA小量提取試劑盒(B518161)操作說明從大腸桿菌提取pcircRNA1.1過表達(dá)載體。
(3)將擴(kuò)增產(chǎn)物連接入pcircRNA1.1過表達(dá)載體中
將擴(kuò)增產(chǎn)物連接入pcircRNA1.1過表達(dá)載體分別雙酶切,酶切體系如表2所示。
表2、酶切體系
按照上海美吉生物醫(yī)藥有限公司膠中DNA回收試劑盒(AE-HSCH)操作說明回收雙酶切產(chǎn)物。
連接擴(kuò)增產(chǎn)物酶切片段及pcircRNA1.1-circRNA表達(dá)載體酶切片段,16℃連接1小時,連接體系如表3所示。
表3、連接體系
連接產(chǎn)物與50μL感受態(tài)細(xì)胞混合,冰上孵育30分鐘;42℃熱激45秒;瞬間轉(zhuǎn)移至冰上孵育5分鐘;將感受態(tài)細(xì)胞與1mL SOC培養(yǎng)基混合后37℃震蕩培養(yǎng)1小時;涂板。挑取培養(yǎng)板上的單菌落(5個),溶于20μL的無菌水中,取4μL作為模板進(jìn)行PCR。此外,分別設(shè)置一個陰性對照(加入感受態(tài)細(xì)胞)和陽性對照(加入目的基因片段)。PCR產(chǎn)物進(jìn)行瓊脂糖凝膠電泳,目標(biāo)條帶約360bp,電泳結(jié)果如圖5所示。按照生工生物工程有限公司SanPrep無內(nèi)毒素質(zhì)粒DNA小量提取試劑盒(B518161)操作說明提取陽性克隆菌內(nèi)的過表達(dá)載體,得到pcircRNA 1.1-circRNA_2371過表達(dá)載體(pCMV啟動子-反向互補(bǔ)反應(yīng)上游元件-circRNA_2371-反向互補(bǔ)反應(yīng)下游元件-BGH pA)。
將構(gòu)建成功的過表達(dá)載體轉(zhuǎn)染293T細(xì)胞,48h后使用qPCR技術(shù)以GAPDH為內(nèi)參,以空載轉(zhuǎn)染組為空白對照檢測circRNA_2371表達(dá)上調(diào)比例。CircRNA qPCR引物為:上游引物AAACCTCGGACTTTGCTGAA(SEQ ID NO:9),下游引物ACAGTTTTGGTGCTGCTGTG(SEQ ID NO:10);內(nèi)參基因GAPDH qPCR引物為:上游引物AACGGATTTGGTCGTATTGGG(SEQ ID NO:11),下游引物CCTGGAAGATGGTGATGGGAT(SEQ ID NO:12)。然后對qPCR擴(kuò)增片段結(jié)果測序驗(yàn)證circRNA_2371表達(dá)定量分析及序列拼接定性分析的正確性,結(jié)果如圖6和圖7所示。由圖6和圖7可知,pcircRNA 1.1-circRNA_2371可以過表達(dá)circRNA,上調(diào)倍數(shù)為19.6,測序驗(yàn)證序列拼接定性分析正確。
實(shí)施例3、pcircRNA1.1-circRNA_2373過表達(dá)載體及其制備方法
CircRNA_2373對應(yīng)的基因序列如SEQ ID NO:13所示,采用傳統(tǒng)酶切結(jié)合連接的方式將circRNA片段連接入pcircRNA1.1過表達(dá)載體中,便可得到pcircRNA1.1-circRNA_2373過表達(dá)載體,具體方法與實(shí)施例2相同。擴(kuò)增后及菌落鑒定的PCR產(chǎn)物瓊脂糖凝膠電泳圖如圖8和圖9所示,目的片段約129bp。
將構(gòu)建成功的過表達(dá)載體轉(zhuǎn)染293T細(xì)胞,48h后使用qPCR技術(shù)以GAPDH為內(nèi)參,以空載轉(zhuǎn)染組為空白對照檢測circRNA_2373表達(dá)上調(diào)比例。CircRNA qPCR引物為:上游引物CCACCATCCCAGCTCAG(SEQ ID NO:14),下游引物ACAGTGCTGGTATCCGGTTC(SEQ ID NO:15);內(nèi)參基因GAPDH qPCR引物為:上游引物AACGGATTTGGTCGTATTGGG(SEQ ID NO:11),下游引物CCTGGAAGATGGTGATGGGAT(SEQ ID NO:12)。然后對qPCR擴(kuò)增片段結(jié)果測序驗(yàn)證circRNA_2373表達(dá)定量分析及序列拼接定性分析的正確性,結(jié)果如圖10和圖11所示。由圖10和圖11可知,pcircRNA 1.1-circRNA_2373可以過表達(dá)circRNA,上調(diào)倍數(shù)為32.2,測序驗(yàn)證序列拼接定性分析正確。
實(shí)施例4、pcircRNA1.1-circRNA_T過表達(dá)載體及其制備方法
CircRNA_T對應(yīng)的基因序列如SEQ ID NO:16所示,采用傳統(tǒng)酶切結(jié)合連接的方式將circRNA片段連接入pcircRNA1.1過表達(dá)載體中,便可得到pcircRNA1.1-circRNA_T過表達(dá)載體,具體方法與實(shí)施例2相同。擴(kuò)增后及菌落鑒定的PCR產(chǎn)物瓊脂糖凝膠電泳圖如圖12和圖13所示,目的片段約766bp,其中含有載體344bp。
將構(gòu)建成功的表達(dá)載體轉(zhuǎn)染293T細(xì)胞,48h后使用qPCR技術(shù)以GAPDH為內(nèi)參,以空載轉(zhuǎn)染組為空白對照檢測circRNA_T表達(dá)上調(diào)比例。然后對qPCR擴(kuò)增片段結(jié)果測序驗(yàn)證circRNA_T表達(dá)定量分析及序列拼接定性分析的正確性,結(jié)果如圖14和圖15所示。由圖14和圖15可知,pcircRNA 1.1-circRNA_T可以過表達(dá)circRNA,上調(diào)倍數(shù)為29.3,測序驗(yàn)證序列拼接定性分析正確。
以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式,其描述較為具體和詳細(xì),但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是,對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下,還可以做出若干變形和改進(jìn),這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此,本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。