Gaussia分泌型萤光素酶的研究进展及其应用

Gaussia分泌型萤光素酶是近年发现的一种来源于海洋桡脚类动物Gaussia princeps的新型分泌型萤光素酶,是目前已知的可自然分泌的最小萤光素酶,因其分子小、灵敏度高、半衰期短和可高效分泌,而成为一种理想的报告基因,广泛应用于体内外研究。我们就Gaussia分泌型萤光素酶的发光原理、荧光特性及其应用等进行简要综述。     

利用Gaussia萤光素酶建立乳腺癌实时定量检测动物模型

目的：建立-种基于分泌型萤光素酶的实时定量检测实验动物体内肿瘤大小的方法。方法：以分泌型Gaussia萤光素酶（Gluc）为报告基因,以嘌呤霉素为筛选基因,将两者用T2A元件连接后克隆到慢病毒载体,包装慢病毒后感染乳腺癌MCF-7细胞,经嘌呤霉素筛选得到稳定转染细胞MCF-7-Gluc,并检测细胞上清中Gluc活性随时问和细胞数目的变化;将MCF-7-Gluc扩大培养后经皮下注射到雌性BALB／c裸鼠前肢腋下,待肿瘤形成后,检测外周血液中Gluc活性与肿瘤体积的相关性。结果：体外实验显示稳定转染细胞MCF-7-Gluc分泌到细胞上清的Gluc活性与时间和细胞数量在-定范围内均呈现良好的线性关系,体内实验显示裸鼠血液中的Gluc活性与肿瘤体积呈正相关。结论：Gluc技术可作为-种灵活、方便、实时定量检测活体动物体内肿瘤大小的有效工具。     

双萤光素酶共表达载体构建及特性研究

利用来源于TaV的自剪切多肽2A的编码序列构建一种分泌型萤光素酶Gluc和非分泌型萤光素酶Fluc共表达的载体,对其体内外表达及活体成像特点进行研究。采用重叠PCR技术获得Gluc-2A-Fluc片段,克隆入表达质粒pAAV2neoCAG中,获得重组质粒pAAV2neoCAG-Gluc-2A-Fluc。将重组质粒瞬时转染BHK-21细胞,24h后在细胞上清液和细胞裂解液中均能检测到Gluc和Fluc的表达,其中Gluc98%以上分布在上清液中,而Fluc98%以上存在于细胞中,随时间延长Gluc活性在上清液中逐步增加,而细胞内Fluc活性则保持相对平稳。用水动力法经小鼠尾静脉注射pAAV2neoCAG-Gluc-2A-Fluc质粒DNA,通过尾静脉微量采血(2.5μl/次)即可实时地监测体内Gluc的表达情况。活体成像结果显示,注射Gluc的底物腔肠素时小鼠明显表现为全身显像,显像在10min内迅速衰减;而注射Fluc的底物D-Luciferin时显像主要集中在肝脏,显像在30min内都比较稳定。本研究设计和构建的pAAV2neoCAG-Gluc-2A-Fluc质粒实现了分泌型和非分泌型萤光素酶的共表达,既可以在不裂解细胞或处死动物的情况下直接在细胞培养上清或血液中动态检测Gluc的活性,又可以利用活体成像技术准确定位Fluc表达部位,比单一的萤光素酶报告载体在细胞标记和体内示踪研究方面更具优越性。     

利用萤光素酶标记的肿瘤细胞建立肝癌原位移植模型及其活体成像

目的：利用生物发光成像技术非侵入性地监测活体裸鼠原位肝癌发展过程。方法：将包含有萤火虫萤光素酶基因的pCI-neo-Luc载体转染人肝癌HepG2细胞系,筛选获得具有高萤光素酶活性的细胞克隆;利用流式细胞仪对萤光素酶表达的稳定性进行初步研究,并分析细胞的生物发光情况;持续表达萤光素酶的肿瘤细胞培养扩增后被植入裸鼠皮下,2周后以形成的异体瘤作为供体瘤,进行肝脏原位移植手术;对建立的肝癌原位移植模型,用影像学资料显示肿瘤部位,用IVIS成像系统动态监测肿瘤生长情况。结果：体外影像的结果显示,表达萤光素酶细胞的数量与发光强度呈正相关;活体成像的结果显示。成功地建立了萤光素酶标记的原位肝癌动物模型。结论：生物发光成像可以监测活体内肝癌演进过程,为抗肿瘤药物的筛选和评价提供了新的手段和工具。     

萤光素酶报告基因在病毒学研究中的应用

萤光素酶是一类在氧气存在下能催化其底物特异性发光的酶,检出灵敏度高、特异性强。萤光素酶催化底物发光因无须外源光的激发,避免了非特异性干扰,具有其他报告基因不可替代的优势。萤光素酶基因作为报告基因已成为医学科学研究领域的重要标记工具,具有良好的应用前景。我们简要综述了萤光素酶报告基因在病毒学研究中的应用进展。     

含分泌型萤光素酶和绿色荧光蛋白双报告基因的慢病毒载体的制备与表达分析

目的:制备含分泌型萤光素酶和绿色荧光蛋白双报告基因的慢病毒载体,为慢病毒载体的进一步广泛应用奠定基础。方法:克隆构建含分泌型萤光素酶和绿色荧光蛋白双报告基因的转基因载体pCS-gluc-2A-eGFP,酶切与序列分析鉴定其正确后,与包装质粒pCMVHR’Δ8.2、包膜质粒pVSV-G共转染293FT细胞,获得含分泌型萤光素酶和绿色荧光蛋白双报告基因的重组慢病毒载体;重组慢病毒载体感染A549、Huh7细胞后,用荧光显微镜直接观察报告基因GFP的表达,或取细胞上清实时检测分泌型萤光素酶的表达。结果:制备了含双报告基因的重组慢病毒载体,感染细胞后可以活体观察绿色荧光蛋白的表达,也可以快速灵敏地检测到分泌型萤光素酶的表达。结论:所获含分泌型萤光素酶和绿色荧光蛋白双报告基因的重组慢病毒载体感染效率高,表达易于活体实时检测,灵敏度高。本研究为慢病毒载体的广泛应用奠定了基础。     

萤光素酶表达质粒pEE14.1-luc的构建及表达

目的:为研究10 kb以上DNA疫苗质粒的体内电穿孔递送,构建萤光素酶报告基因表达质粒p EE14.1-luc,并验证其表达。方法:从质粒p GL3-CMV中通过酶切、补平和纯化的方法获得萤光素酶基因luc,克隆入p EE14.1载体,构建重组表达质粒p EE14.1-luc,瞬时转染293T细胞,采用Western印迹、流式细胞术和免疫荧光等方法对萤光素酶基因在体外的表达情况进行验证,并运用活体成像仪检测萤光素酶基因在小鼠活体内的表达。结果:经菌液PCR鉴定和测序验证,p EE14.1-luc与预期设计完全一致;流式细胞术检测luc阳性表达率为22.41%,免疫荧光检测可见绿色荧光表达,Western印迹检测在相对分子质量为62×103处显现目的蛋白条带;同时,利用活体成像技术也检测到萤光素酶基因在小鼠活体内的表达。结论:p EE14.1-luc表达质粒构建成功,为研究DNA疫苗体内表达机制和体内电穿孔递送条件优化奠定了基础。     

用于筛选shRNA的新型双萤光素酶报告基因载体的构建及应用

目的:构建一个新型双萤光素酶报告基因载体用于准确高效地筛选有效抑制靶基因表达的shRNA。方法:采用PCR、定向克隆、基因重组等分子生物学方法,将双萤光素酶报告基因系统中需要的报告基因载体、shRNA真核表达载体和内参载体三个功能,整合于一个新型的双萤光素酶报告基因载体pFLuc-C-TK-RLuc-shRNA之中。应用该载体对靶向人PD1基因以及Furin基因的shRNA进行干涉效果比较。结果:应用p FLuc-C-TK-RLuc-shRNA载体进行单质粒转染方法与传统的三质粒转染方法均提示shRNA#1对靶基因PD1的抑制效果最优;但是使用新型双萤光素酶报告基因载体检测结果的标准差数值显著低于传统方法。以pFLuc-C-TK-RLuc-shRNA单质粒转染方法得到的各组样品结果的均一性显著提高,能够准确地反映出shRNA#3较shRNA#2具有更强的Furin基因抑制作用;而传统方法未能有效判断二者的差异。结论:新型双萤光素酶报告基因载体简化了操作步骤,降低了传统三质粒共转染方法所引起的检测结果大幅波动,进一步增强了双萤光素酶报告基因系统的信噪比,提高了筛选抑制靶基因表达shRNA的准确性。     

动物活体成像生物发光稳定细胞株的构建

目的:构建组成型表达萤光素酶基因的载体,建立稳定高表达萤光素酶的MCF-7乳腺癌细胞株,检测其对细胞增殖的影响及在传代后的表达效果.方法:以载体pGIA.20为模板,PCR扩增萤火虫萤光素酶基因,将其克隆到载体pIRESpuro2上,将获得的pIRESpuro2-Luc经酶切和测序验证后,转染293T、MCF-7及ZR...     

Expression of the Renilla reniformis Luciferase Gene in Mammalian Cells

A cDNA encoding the Renilla reniformis luciferase was expressed in simian and murine cells in a transient and stable manner, respectively. Light emission catalyzed by luciferase was detected from transfected cells both in vitro and in vivo. This work establishes the Renilla luciferase gene as a new efficient marker of gene expression in mammalian cells.     

两种萤火虫荧光素酶活性检测方法的一致性比较

目的：比较2种萤火虫荧光素酶活性检测方法的一致性。方法：分别采用化学发光技术（Che）及活体光学成像技术（Bio）,从细胞和动物水平检测在转染以萤火虫荧光素酶为报告基因的载体pCI-AAA-Fluc-neo后不同时间点,萤火虫荧光素酶的表达强度。结果：在细胞和动物水平,萤火虫荧光素酶的表达强度均随时间推移逐步递减。在HepG2细胞,萤火虫荧光素酶表达持续96h,活性从24h的2781±220mV（1．6×10^6±2．3×10^5光子）降至96h的49±3．5mV（6．4×10^4±2．5×10^4光子）。在动物水平得到相似的结果,BALB／c小鼠萤火虫荧光素酶表达持续20d,其活性从1d的16592±409mV（1．9×10^8±3．6×10^6光子）降至20d的798±139mV（3．37×10^5±3．8×10^4光子）。通过一致性检验,2种检测方法在细胞和动物水平的直线回归方程分别为lgChe=1．186·lgBio-3．764（r=-0．937,P〈0．001）和lgChe=0．451·lgBio＋0．64（r=0．915,P〈0．001）;进一步将理论数据与实验数据进行配对t检验,二者无统计学差异（P〉0．05）。结论：2种检测方法是一致的;从整个实验过程来看,活体光学成像技术较化学发光法更为简便、直观,可量化地对同一个体连续检测,减少了个体间差异和实验动物用量。     

Evaluation of the Use of the Tobacco PR-1a Promoter to Monitor Defense Gene Expression by the Luciferase Bioluminescence Reporter System

Because of their marked responsiveness to induction signals, genes encoding pathogenesis-related proteins are used as markers to monitor defense gene expression in plants. To develop a non-invasive bioluminescence reporter assay system, we tested acidic PR-1 gene promoters from tobacco and Arabidopsis. These two promoters share common regulatory elements and are believed to show similar responsiveness to various stimuli but the results of transient expression assays by microprojectile bombardment of various plant cells and npr1 mutant Arabidopsis suggest that the tobacco PR-1a promoter is superior to its Arabidopsis counterpart in terms of responsiveness to salicylic acid treatment. Transgenic Arabidopsis seedlings harboring the tobacco PR-1a promoter fused to firefly luciferase showed marked induction in response to treatment with chemicals that induce defense gene expression in plants. These results suggest that the tobacco PR-1a promoter is applicable in monitoring defense-gene expression in various plant species.     

Bioluminescence decay kinetics in the reaction of bacterial luciferase with different aldehydes

At 22°C the bioluminescence decay kinetics in the in vitro reaction catalysed by Vibrio harveyi luciferase in the presence of different aldehydes–-nonanal, decanal, tridecanal and tetradecanal did not follow the simple exponential pattern and could be fitted to a two-exponential process. One more principal distinction from the first-order kinetics is the dependence of the parameters on aldehyde concentration. The complex bioluminescence decay kinetics are interpreted in terms of a scheme, where bacterial luciferase is able to perform multiple turnovers using different flavin species to produce light. The initial phase of the bioluminescent reaction appears to proceed mainly with fully reduced flavin as the substrate while the final one results from the involvement of flavin semiquinone in the catalytic cycle.