CRISPR/Cas基因组编辑技术及其在神经退行性疾病中的应用研究进展

CRISPR/Cas系统实质上是一系列由RNA引导的核酸内切酶,其存在于约40%的细菌和90%的古细菌中,是细菌或古细菌为抵抗病毒或质粒而演化出的一种获得性免疫,主要作用是沉默入侵的外源核酸。近年来,CRISPR/Cas系统凭借其简单、高效且可编辑的靶向基因修饰能力,开启了基因编辑的新纪元。神经退行性疾病一直是困扰人类的重大疾病,而CRISPR/Cas系统的出现为治疗神经退行性疾病提供了新的思路和方法,现介绍CRISPR/Cas系统基因编辑的机制及其在神经退行性疾病中的应用。     

马铃薯α-淀粉酶基因的克隆及生物信息学分析(英文)

本研究利用RT-PCR从马铃薯(Solanum tuberosum)茎段总RNA中扩增、克隆了一cDNA分子。该cDNA分子含有一长为1224bp的开放读框,可编码一含407个氨基酸残基的多肽、理论分子量为46.40kD、可能为亲水性的胞外酶。因其氨基酸序列同源于α-淀粉酶,故将该基因命名为amyA1(NCBI收录号:GQ406048.1)。采用半定量RT-PCR方法检测了amyA1基因在马铃薯茎、叶等不同组织中的表达强度,表明在茎组织中的表达丰度略高。利用生物信息学软件分析了amyA1密码子的偏好性,以期为选择适宜的表达系统提供依据;同时对amyA1的理化性质、细胞内定位、保守结构及高级结构进行了预测。基于NCBI数据库中有物种代表性的29种α-淀粉酶基因序列构建了基因进化树。与NCBI收录的马铃薯α-淀粉酶基因(NCBI收录号:M79328.1)的核苷酸及氨基酸序列同源性达98%。第20至第348范围内的氨基酸残基含有与淀粉酶13家族及亚家族相似的催化活性域(PF00128、SM00624),第349至第407范围内的氨基酸残基含有α-淀粉酶C-末端β折叠区域(PF07821)。蛋白质结构预测表明氨基酸残基序列有维持淀粉酶活性的(β/α)8桶状结构以及其它几个功能域结构。所构建的基因进化树表明,2个马铃薯α-淀粉酶基因与木薯、苹果的序列同源性较高,与菜豆的次之,与水稻、大麦和玉米等单子叶植物的序列同源性较低。     

APPswe基因慢病毒表达质粒的构建及对其SH-SY5Y细胞生长和凋亡的影响

为考察APPswe基因的表达对细胞生长和凋亡作用的影响,本研究采用gateway分子重组技术构建表达APPswe基因的慢病毒质粒,并将该质粒转染至SH-SY5Y细胞中.用RT-PCR和Western blot技术分别测定APPswe基因的mRNA转录和蛋白翻译水平.活细胞计数法和细胞外乳酸脱氢酶法分别测定细胞存活力和细胞膜损伤程度.Annexin V-FITC/PI染色流式细胞术测定细胞凋亡水平,Hoescht 33342染色观察细胞核形态变化,DCFH-DA染色法测定胞内活性氧水平.转录和翻译水平的验证表明,APPswe基因能够在SH-SY5Y细胞中相对稳定地表达.表达APPswe基因后,细胞的存活能力降低,损伤程度增加,细胞内活性氧水平上升,细胞核浓缩聚集,细胞发生凋亡反应.试验结果表明,APPswe基因的表达对SH-SY5Y细胞生长产生抑制作用,造成细胞损伤和凋亡,表达APPswe基因的SH-SY5Y细胞系可应用于体外AD病理发生机制和药物作用的研究.     

淀粉样前体蛋白裂解片段sAPPβ、Aβ和AICD对SH-SY5Y细胞氧化损伤和线粒体膜电位的影响

阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)的一个主要的病理特征表现为神经细胞表面大量地呈现β-淀粉样蛋白(amyloidβ-protein, Aβ)。淀粉样前体蛋白(amyloid precursor protein, APP)是与AD病理密切相关的膜蛋白,它经β-裂解途径剪切后生成s APPβ、Aβ和AICD片段。Aβ能引发细胞内质网氧化应激、线粒体功能障碍等,但s APPβ和AICD片段对细胞的影响还有待进一步的研究。本实验采用慢病毒介导质粒转染技术,分别构建了稳定过表达s APPβ、Aβ和AICD片段的SH-SY5Y细胞系,并分析了其细胞活力、细胞膜损伤、胞内活性氧(reactive oxygen species, ROS)水平和线粒体膜电位去极化程度。结果表明, Aβ或AICD片段可在一定程度上导致细胞活力下降、细胞膜受损、胞内ROS水平升高和线粒体膜电位发生去极化,从而对细胞产生氧化损伤作用。     

表达APPswe_(695)基因细胞系的构建及Aβ分泌水平的分析

为探究β-淀粉样前体蛋白(amyloid-βprecursor protein, APP)在阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)发病过程中的作用及构建应用于AD发病机理研究的实验细胞模型,该研究构建了过表达APP695瑞典型突变体(APPswe_(695))的SH-SY5Y细胞系(APPswe_(695)细胞)并分析了该细胞系中Aβ的分泌水平。采用慢病毒介导转染方法,将APPswe_(695)表达质粒转染至SH-SY5Y细胞,抗性药物筛选阳性转染细胞。分别采用RT-PCR、Western blot技术验证APPswe_(695) mRNA、APP蛋白的表达, ELISA分析Aβ1-40和Aβ1-42的分泌水平。结果显示,转染慢病毒包装的APPswe_(695)质粒后,细胞的APPswe_(695)mRNA表达呈现阳性;与野生型细胞和转染质粒空白细胞相比,转染APPswe_(695)基因细胞表达APP695的瑞典型突变蛋白(APPswe_(695))。APPswe_(695)具有与内源性APP770相同的细胞分布。转染APPswe_(695)基因后,细胞内分泌Aβ水平增加(P0.05)而细胞外液中Aβ含量并没有显著变化。由此说明, APPswe_(695)细胞能够表达被转染的APPswe_(695)基因, APPswe_(695)细胞倾向于产生更多的胞内而不是胞外Aβ,APPswe_(695)细胞可应用于阿尔茨海默病发病机理及药物治疗的研究。