人doppel蛋白及其类似蛋白PrPΔ32-121对SH-SY5Y细胞的细胞毒性作用

【摘要】  目的 体外观察细胞瞬时表达的人Dpl(doppel)蛋白对人神经母细胞瘤SH-SY5Y细胞的作用，并与其结构类似蛋白——截短型 PrP(PrPΔ32-121)加以比较。方法 通过PCR方法获得人PRND基因及截短型PRNP基因并克隆至真核表达载体，瞬时转染SH-SY5Y细胞后，观察蛋白表达及其定位情况；采用MTT实验检测转染细胞的生长状态；用流式细胞仪、Western blot等方法检测转染细胞的凋亡状态。结果 两种蛋白均可在转染细胞中表达，并存在于细胞膜上；MTT结果显示，在转染24h后均出现明显的细胞毒性作用；细胞凋亡相关实验发现，转染细胞 Annexin V/PI双染阳性细胞数量增多，pro-casepase-3和Bcl-2因子水平降低。结论 瞬时表达的Dpl蛋白与截短型PrP可产生类似的神经细胞毒性作用，并诱导启动细胞凋亡过程。在哪发表论文
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【关键词】  doppel蛋白；朊蛋白；细胞毒性作用；细胞凋亡中国论文网
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e1o@%^m4K Q0              ChinaABSTRACT: Objective  To observe the biological activities of human doppel (Dpl) protein transiently expressed and Dpl-like protein PrPΔ32-121 on a human neuroblastoma cell line SH-SY5Y. Methods  Recombinant mammalian expression plasmids containing human PRND gene and truncated PrPΔ32-121 fragment were generated by PCR. The expression and location of Dpl and PrPΔ32-121 post-transfection were observed by IFA. The cytotoxicity was measured by MTT analysis. Cellular apoptosis was investigated by flow cytometry and Western blot. Results  Both Dpl and PrPΔ32-121 protein were expressed and mainly located on the cell membrane. Remarkable cytotoxicity was detected on SH-SY5Y cells after 24 h transfection. Meanwhile, more Annexin V/PI positively-stained cells as well as lower levels of cellular pro-caspase-3 and Bel-2 were detected in the cells receiving Dpl and PrPΔ32-121 expressing plasmids. Conclusion  Dpl protein transiently expressed and PrPΔ32-121 can lead to the similar neural cytotoxicity, probably triggering the cell apoptosis program.
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　　KEY WORDS: doppel protein; PrP; cytotoxicity; apoptosis在哪发表论文
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v.}e T(D#@0    朊病毒病(prion disease)是一类累及人类及多种动物中枢神经系统的致死性退行性疾病，潜伏期长，致死率高达100%，包括人类的克雅氏病 (Creutzfeldt-Jakob disease, CJD)、牛的疯牛病(bovine spongiform encephalopathy, BSE)等[1]。其致病因子目前认为是由细胞内正常朊蛋白PrP(或称PrPC)经空间构象转变后形成的异常折叠朊蛋白PrPSc所致[2-4]，但对 PrPC正常功能及PrPSc致病机制的研究仍不甚明了。近年来随着PRND基因的确立[5]，发现其编码一种朊蛋白样的膜蛋白，称作 doppel(Dpl)蛋白，它和PrPC序列高度同源，两者的C末端具有25%同源性，但正常情况下在睾丸和心脏中高表达，而在脑中几乎不表达 [5-6]。为了研究Dpl的生物学功能及其在朊病毒病发病机制中的作用，本实验在前期工作的基础上[7]，构建了人源Dpl及其结构类似蛋白N端截短型 PrP(PrPΔ32-121)真核表达质粒，在体外瞬时表达后，探讨Dpl蛋白和PrPΔ32-121蛋白对SH-SY5Y细胞的影响。中国论文网8^5?3O!B)t
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　　1  材料与方法中国论文网,Bt~s)_],e!l&L8T
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　　1.1  主要试剂 中国论文网da_+_,K"^Eh1g0N
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　　质粒提取试剂盒及胶回收试剂盒购自德国QIAGEN公司；细胞培养液DMEM购自美国Gibco公司；LipotectamineTM2000 购自美国Invitrogen公司；PrP特异性单克隆抗体3F4购自丹麦Deko公司；6G3、β-actin和Bcl-2单克隆抗体及Dpl、Bax 和casepase-3多克隆抗体均购自美国Santa Cruz公司；ECL Kit购自美国Perkin-Elmer公司；四甲基偶氮唑盐(MTT)购自美国Sigma公司；Annexin V/PI双染试剂盒购自上海宝赛生物公司。
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　　1.2  真核表达质粒的构建 中国论文网F@ F!XF|4o-ZM|@
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　　人全长PrP基因表达质粒pcDNA3.1-huPrP1-253及全长Dpl基因表达质粒pcDNA3.1-huDpl1-176由本室保存。pcDNA3.1-huPrPΔ32-121的PCR扩增：根据人PRNP基因序列设计引物，上游引入BamHⅠ，下游引入EcoRⅠ酶切位点(上游 5′-GCGGATCCATGGCGAACCTTGGCTGCTG GATG-3′，下游5′-GCGAATTCTCAT-
ty/Uw q_)B4L UB0CCCACTATCAGGAAGATGA-3′)；另外一对中间引物(上游5′-CAGCATGTAGCCGCCAAGGCCCCCGTTCCATCCTCCAGGCTTCGGGCG-3′，下游5′-CGCCCGAAGCCTGGAGGATGGAACGGG-中国论文网,h0t\+RU1VS.rj
GGCCTTGGCGGCTACATGCTG- 3′)。PCR反应条件：94℃ 30s，63℃ 30s，72℃ 30s，共30个循环。PCR产物回收后与载体pMD18-T连接，经酶切后回收产物连接至pcDNA3.1(zeo+)真核表达载体，酶切及测序鉴定序列正确。
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　　1.3  细胞培养及转染 中国论文网M6p+^+b)y5|7I

2ty |l-u;xb9X`f0　　SH-SY5Y细胞培养液为含4.5g/L谷氨酸和100mL/L胎牛血清的DMEM。细胞用6孔板/96孔板培养至对数期生长期，每孔转染的总DNA量分别为2μg/0.2μg，转染使用LipofectamineTM2000转染试剂盒。中国论文网uR?g.OLQv

9a D*^3Nc o|0　　1.4  Western blot 中国论文网S"n|hO
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　　瞬时转染SH-SY5Y细胞24、48h后收获6孔板细胞，刮下的细胞用PBS洗涤2次，5000r/min离心5min；在细胞裂解缓冲液 (5mL/L Triton X-100，5g/L去氧胆酸钠等)中4℃孵育30min。样品煮沸10min后进行150g/L SDS-PAGE并转移至硝酸纤维素膜上，一抗用含有50g/L脱脂奶粉的PBST(1∶600)稀释，4℃过夜；二抗用同上的PBST(1∶4000) 稀释，最后用ECL显色试剂盒显色。中国论文网'[^Iz$e5q
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　　1.5  间接免疫荧光(IFA) 在哪发表论文
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　　转染后24h的细胞爬片用40g/L多聚甲醛溶液固定，室温15min，2mL/L Triton-X100通透5min，含100mL/L胎牛血清的PBST封闭45min，加一抗37℃孵育2h，二抗(FITC标记)室温孵育1h，复染后显微镜下观察。中国论文网[r)GWAufT

L] Y ?O0　　1.6  MTT检测 中国论文网#JP?D%]%ppD g
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　　瞬时转染24、48h的96孔板细胞，每孔加入5mg/mL的MTT 20μL，继续培养4h，吸去培养液；加入200μL DMSO，摇床震荡10min，使结晶物充分溶解；450nm处用酶标仪测吸光度(A)值。实验重复3次，取其平均值。细胞存活率=实验组A值/对照组A 值×100%。
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　　1.7  流式细胞仪检测
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　　瞬时转染24/48h的6孔板细胞，胰酶消化后用PBST洗涤2次，加入Annexin V和PI染料室温避光孵育15min，流式细胞仪上机检测。具体参见上海宝赛生物公司Annexin V/PI双染试剂盒说明书。中国论文网+S-d.v)G8o-W#~
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　　1.8  统计学处理
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G]h"pv'O+?0　　Western blot图像定量分析使用Total Tech图像处理软件(Pharmacia，美国)。数据以条形图表示，采用t检验进行统计学分析。每组数据的平均数均为进行3次独立实验的结果，并以平均数±标准差表示。以空质粒pcDNA3.1组作为对照组进行统计分析。P<0.05为差异有统计学意义。
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　　2.1  Dpl及PrPs蛋白表达的鉴定 中国论文网\lOQ0V nv3m4@ k


F&Co+De(a"Q1D0　　质粒pcDNA3.1-huPrP1-253、pcDNA3.1-huPrPΔ32-121和pcDNA3.1-huDpl1-176瞬时转染 SH-SY5Y细胞24h后，收获细胞进行间接免疫荧光检测。结果可见，实验组的细胞膜上均出现了明显的绿色荧光，提示各重组表达质粒均在细胞中表达外源蛋白(图1)。
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　　2.2  Dpl及PrPΔ32-121可诱导明显的细胞毒性效应 中国论文网Q{Gl p#Yq1o4\ K\0l
　　
$GyT7z4nOX Iu0　　为检测瞬时转染 SH-SY5Y细胞后表达的Dpl及PrPΔ32-121蛋白对细胞生长的影响，我们分别在转染了24、48h后进行MTT实验。结果发现，无论转染后 24h还是48h，Dpl和PrPΔ32-121组较对照组(空载体及PrP1-253组)均出现了明显的细胞生存率下降现象，差异有统计学意义 (P<0.05，图2)。
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　　2.3  Dpl及PrPΔ32-121表达后凋亡相关蛋白的表达情况
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　　为了观察Dpl及PrPΔ32-121蛋白表达后凋亡相关因子Bcl-2、Bax及caspase-3水平的变化情况，我们将重组质粒 pcDNA3.1-huPrP1-253、pcDNA3.1-huPrPΔ32 -121和pcDNA3.1-huDpl1-176瞬时转染SH-SY5Y细胞48h后，提取细胞蛋白，进行Bcl-2、Bax及caspase-3(即全长无活性的pro-caspase-3)的Western blot检测。条带经凝胶灰度扫描软件分析后发现，与空载体对照组相比，Dpl及PrPΔ32-121实验组凋亡促进因子Bax蛋白的水平几乎没有变化，而凋亡抑制因子Bcl-2的水平出现了显著的下降(P<0.01，图3)，caspase家族的pro-caspase-3蛋白由于被切割激活而显著降低(P<0.05，图3)；而PrP1-253组则与空载体组几乎一致。中国论文网IX5q?"og

?HA}(]M^a*\1w8r0　　2.4  细胞凋亡情况
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5^Tb2J_(x2hM hqc0　　为进一步确证Dpl及PrPΔ32-121诱导细胞凋亡的效应，我们在pcDNA3.1-huPrP1-253、pcDNA3.1- huPrPΔ32-121和pcDNA3.1-huDpl1-176质粒转染SH-SY5Y细胞48h后，采用Annexin-V/PI双染流式细胞技术检测细胞凋亡情况。双染结果显示，Annexin-V/PI双染阳性细胞数在转染了pcDNA3.1、pcDNA3.1-huPrP1-253组中大致相同，无明显差异；而Dpl组(P<0.01)及PrPΔ32-121组(P<0.05)与对照组(pcDNA3.1组)相比，双染阳性细胞率均有明显的提高，并呈现统计学差异(图4)。

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    作为一种朊蛋白样蛋白，Dpl蛋白与野生型全长PrP蛋白(由253个氨基酸组成，N端具有信号肽，C端有GPI锚)的构象相似，特别是与截短型的PrP 突变体PrPΔ32-121更加相似，例如均有3个α-螺旋(αA、αB、αC)和2个反向平行的β-折叠。尽管Dpl和PrPΔ32-121在蛋白质一级和高级结构上也存在着差异，但通过我们的实验证实，其结构的相似性导致了二者的生物活性和细胞毒性作用的一致性。中国论文网ID@ \#b
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    通过MTT实验，证实Dpl蛋白和PrPΔ32-121能够引起相同的细胞毒性作用，而PrP1-253蛋白无此毒性作用，而且这种细胞毒性作用很可能是由细胞凋亡引起的。为此，我们进行了细胞凋亡相关指标的检测。结果显示，Dpl和PrPΔ32-121蛋白引起相似的细胞凋亡现象，包括无活性的pro- caspase-3水平的降低、Annexin V/PI阳性染色细胞数目增多和Bcl-2蛋白水平降低等。由Annexin V/PI实验和无活性pro-caspase-3蛋白水平的检测，我们推测Dpl和PrPΔ32-121蛋白的表达启动了细胞凋亡。Dpl和 PrPΔ32-121蛋白的瞬时表达可能激活了无活性的pro-caspase-10或pro-caspase-9蛋白成为有活性的蛋白，继而级联地激活无活性的pro-caspase-3，被激活的caspase-3启动了细胞的凋亡过程。中国论文网"]M CF k;\/n
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    细胞凋亡一般由3条途径介导——线粒体途径、内质网途径和受体介导的凋亡。而Bcl-2是发生线粒体途径凋亡的关键指标，所以根据Bcl-2水平降低的结果，我们推测Dpl和PrPΔ32-121蛋白引起的细胞凋亡是由线粒体途径介导的。
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　　以往研究显示，PrP基因缺失的小鼠其神经细胞要比野生型小鼠细胞对凋亡因素更加敏感[12-13]，提示PrP蛋白具有细胞保护作用。大量研究也证明，8肽重复区是PrP神经保护性作用所必须的[8-9]。在PrP蛋白中缺失或插入额外的8肽序列都与人类的遗传型克雅氏病相关[10-11]。对于PrP蛋白分子来说，维持正确的8肽数目对于很多的生物功能是至关重要的，如对抗氧化应激的影响、与微管蛋白结合和抑制微管的组装等[9]。当然，我们不能否认除了8肽重复区的改变外，PrP的其他构象变化也可能影响到细胞的生长状态，但8肽重复区数量的准确和序列的完整是PrP蛋白的神经细胞保护效应的关键因素。在哪发表论文
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