本发明属于生物技术领域,更具体地,本发明涉及一种与原核表达的cd20蛋白膜外区特异性结合的核酸适配体、筛选方法及其应用。
背景技术:
分化簇20蛋白(cd20)是b细胞特异性膜蛋白,cd20膜蛋白有279个氨基酸残基,以非糖基化形式存在,其分子量因磷酸化程度不同而不同,范围为33-35kda。cd20在早期b淋巴细胞和成熟的b淋巴细胞中都有所表达,但当其分化为浆细胞时,其表达停止。cd20蛋白膜外区是几种单克隆抗体的靶标,如利妥昔单抗、奥法木单抗、阿托珠单抗、替伊莫单抗和托西莫单抗,用于临床治疗cd20阳性非霍奇金淋巴瘤(nhl)和慢性淋巴细胞白血病(cll)。尽管利妥昔单抗取得了临床成功,但复发仍然很常见。因为抗cd20抗体具有多种效应功能,其中包括促进靶细胞中的补体依赖性细胞毒性,补体激活导致外来病原体或正常组织的快速和高度破坏,导致移植后的自身免疫疾病,如类风湿性关节炎,狼疮和移植排斥反应。为了进一步提高b细胞淋巴瘤药物的疗效,急需建立一种准确可靠、灵敏快速、广泛适用的特异性识别cd20蛋白的方法。
cd20蛋白是真核细胞的膜蛋白,为了大量获得cd20蛋白膜外区结构,急需选择一种高效的表达系统。而原核表达系统能够获得高水平的基因表达产物,并且目的蛋白纯化方法便捷,适用于表达cd20蛋白膜外区。
selex(systematicevolutionofligandsbyexponentialenrichment)是一个典型的多学科程序,涉及不同领域,如分子生物学,核酸化学,材料科学和针对各种目标的亲和配体的生物信息学。适配体,基于核酸的配体,是小的单链dna或rna寡核苷酸,通过称为指数富集配体系统进化(selex)的过程在体外产生。与蛋白质抗体相比,寡核苷酸适配体具有以下显着优势:组织通透性更高、便于修饰,成本低、性质稳定。适配体与其靶分子如此紧密结合的能力是其复杂的三维结构的结果,与单克隆抗体类似,适配体通过范德华力、氢键和静电相互作用折叠成分子结构(g四联体,凸起环,假结,发夹等)与靶标结合。类似的结合机制使适配体具有与抗体相同的预期功能,促进它们在一系列药理学领域中的应用,例如药物发现,医学诊断和作为药物递送载体。cd20蛋白特异性核酸适配体对于cd20蛋白检测,进而提高b细胞淋巴瘤的治愈率具有重要意义。
技术实现要素:
本发明提出了原核表达的cd20核酸适配体、筛选方法及其在cd20蛋白和b淋巴瘤检测中的应用,以解决现有技术中体外识别结合检测b细胞淋巴瘤可行性低、特异性差的问题。
为实现上述目的,本发明是通过以下技术方案实现的:
本发明的第一个目的是提出一种原核表达的cd20核酸适配体,所述核酸适配体的核苷酸序列为seqidno.1-23所示的任一条dna片段的核苷酸序列,所述核酸适配体与原核表达的cd20蛋白膜外区特异性结合。
进一步地,所述适配体的两端任选地进行氨基、羧基、巯基、荧光分子、生物素、胆固醇或聚乙二醇基团修饰,经修饰后的核酸适配体分子,同样具有与cd20表位肽以及cd20阳性的肿瘤细胞相结合的功能。
本发明的第二个目的是提供筛选上述的原核表达的cd20核酸适配体的方法,包括如下步骤:
(1)提供随机单链dna文库,所述dna文库包括由下式表示的随机单链dna:5’taccggtccgagtcactg-n40-ccgtgtgagctctagacgttga3’,其中n40表示中间为40bp随机序列;并且提供seqidno.25和seqidno.26所示的一对引物;
(2)随机单链dna文库变性后依次经cd20-gst蛋白正筛、gst蛋白反筛获得第一轮筛选产物;
(3)以步骤(1)所述引物对第一轮筛选产物进行不对称pcr扩增,获得第二轮核酸适配体文库;
(4)依次类推,由上一轮核酸适配体文库经变性、cd20-gst蛋白正筛、gst蛋白反筛获得上一轮筛选产物,然后以步骤(1)所述引物对上一轮筛选产物进行不对称pcr扩增获得下一轮核酸适配体文库;共筛选9轮,最终获得原核表达的cd20蛋白膜外区核酸适配体;
每轮筛选中所述cd20蛋白膜外区核酸序列进行密码子偏好性改造,改造后cd20蛋白膜外区核酸序列如seqidno.24所示。
进一步地,所述随机单链dna文库与cd20-gst-glutathionesepharose4fastflow孵育的时间为15min。
进一步地,所述pcr扩增条件为:95℃5min;94℃30sec,50℃30sec,72℃30sec,22次循环后延伸;72℃7min。
本发明的第三个目的是提供如上述任一所述的原核表达的cd20核酸适配体在制备用于检测人cd20蛋白的试剂中的用途。
本发明的第四个目的是提供上述任一所述的原核表达的cd20核酸适配体在制备用于检测和/或治疗b细胞淋巴瘤制剂中的用途。
因此,与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:
本发明通过对cd20蛋白膜外区核酸密码子偏好性进行改造,在原核中大量表达cd20蛋白膜外区结构,在筛选适配体时,以原核表达的cd20-gst蛋白作为正筛物质,gst蛋白作为反筛选物质,筛选得到与原核表达的cd20蛋白膜外区特异性结合的核酸适配体sw1-sw23(核苷酸序列为seqidno.1-23所示),该核酸适配体是单链dna,由80个核苷酸组成。基于病理切片和流式细胞术进行核酸适配体特异性、亲和力评估,显示本发明的适配体能特异性与cd20蛋白膜外区结合,因此该核酸适配体针对cd20蛋白具有高特异性的特点,可用于后续对cd20蛋白的快速检测和b细胞淋巴瘤的检测。
附图说明
图1是bio标记实施例1提供的核酸适配体seqidno.9和seqidno.11免疫组织化学染色图片。图1a、图1b、图1c分别为乳腺癌组织的he染色对照、bio-seqidno.9和bio-seqidno.11染色结果(10×);图1d、图1e、图1f分别为肺癌组织的he染色对照、bio-seqidno.9和bio-seqidno.11染色结果(40×);图1g、图1h、图1j分别为淋巴瘤组织的he染色对照、bio-seqidno.9和bio-seqidno.11染色结果(40×)。
具体实施方式
展示一下实例来具体说明本发明的某些实施例,且不应解释为限制本发明的范围。对本发明公开的内容可以同时从材料、方法和反应条件进行改进,所有这些改进,均应落入本发明的的精神和范围之内。若未特别指明,实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。所述试剂和生物材料,如无特殊说明,均可从商业途径获得。
实施例1、原核表达的cd20蛋白膜外区核酸适配体的筛选
一、原核表达的cd20蛋白膜外区
1、cd20蛋白膜外区核酸序列进行密码子偏好性改造
cd20蛋白膜外区核酸序列为:attaaaatttcccattttttaaaaatggagagtctgaattttattagagctcacacaccatatattaacatatacaactgtgaaccagctaatccctctgagaaaaactccccatctacccaatactgttac,改造后核酸序列如seqidno.24所示。
2、重组质粒pgex-4t-cd20的构建
2.1以改造后的dna为模板,进行目的基因pcr扩增,pcr反应体系如下:
表1
反应条件:
a.95℃,5min
b.94℃,30sec;55℃,1min;72℃,15s;25个循环
c.72℃,7min
2.2用3%琼脂糖凝胶电泳,回收分子量大小为132bp的pcr产物。
2.3以bamhi和xhoi为限制性内切酶,对质粒载体pgex-4t-1进行酶切:
表2酶切反应体系
酶切反应条件为:37℃水浴4小时。
2.4回收酶切反应产物中分子量大小为4.9kb的pgex-4t-1的目的片断。
2.5连接反应体系:
表3
连接反应条件为:16℃孵育4小时。
2.6制备大肠杆菌bl21(de3)感受态细胞。
2.7大肠杆菌bl21(de3)感受态细胞转化
(1)从低温冰箱中取出已制备好的感受态细胞,冰浴15分钟。
(2)待感受态细胞刚开始融化时,加入连接产物10μl,轻轻混匀,冰浴30分钟。
(3)将ep管放入42℃水浴90秒,勿震荡。
(4)冰浴5分钟。
(5)加入700μllb液体培养基,37℃低速震荡45分钟。
(6)产物涂在含有氨苄青霉素(50μg/ml)的无菌lb平板上37℃,16小时。
(7)挑取单个克隆,加入到3ml含有氨苄青霉素(50μg/ml)的lb中,37℃,16小时。
(8)提取质粒dna。
(9)酶切鉴定克隆,方法同上,所用限制性内切酶为bamhi和xhoi。
(10)将鉴定正确的14个克隆送至上海生工公司测序。
3、pgex-4t-cd20的原核表达和纯化
3.1挑取含有pgex-4t-cd20(cd20-gst融合蛋白的原核表达载体)的大肠杆菌bl21(de3)于3ml含有氨苄青霉素(50μg/ml)的lb培养基中,对照组接种含有pgex-4t-1(gst蛋白的原核表达载体)的大肠杆菌bl21(de3),37℃培养12~16小时。
3.2将小试管中的菌液分别转移到200ml含有氨苄青霉素(50μg/ml)的lb液体培养基中,37℃培养到od600为0.6~0.8。
3.3加入100mmiptg,使其终浓度为0.1mm,16℃诱导20小时。
3.4将诱导以后的菌液分装到500ml的离心管中,4℃,8000rpm,离心5min,弃上清。
3.5沉淀用pbs洗涤3次,4℃,8000rpm,离心5min,弃上清。
3.6将沉淀重悬于8ml含1mmpmsf的pbs中。
3.7将菌液放置冰中,超声碎菌。
3.8每ep管中加入1ml超声降解的菌液,4℃,12000rpm,离心15min,取上清。
3.9各ep管加入20μl50%glutathione-sepharose4fastflow,室温轻混1h。
3.104℃,500g,离心5min,弃上清。
3.11每个ep管各加入100μl0.01mpbs洗涤,洗涤后将含有glutathione-sepharose4fastflow的悬浊液收集于一管,4℃,500g,离心5min,弃上清,共洗涤3次。
3.12加入与glutathione-sepharose4fastflow等量的1mm还原性谷胱甘肽(gsh),室温轻混10min。4℃,500g,离心5min,取上清。
3.13重复12步骤2次。
3.14收集的上清则为所需蛋白。
4、原核表达产物的聚丙烯酰胺凝胶电泳(sds-page)检测
4.1安装玻璃板。
4.2配制分离胶溶液,一旦加入temed,马上快速旋动混合物。
4.3迅速在玻璃板间隙中注入分离胶溶液,小心在溶液上覆盖一层水压平胶溶液。
4.4待分离胶聚合完全后,倒出覆盖层液体,尽可能排去未聚合的丙烯酰胺及胶上面的液体,用滤纸吸净残留液体。
4.5制备浓缩胶,并加入到已聚合的分离胶上,立即在其中插入干净的梳子,将凝胶放置聚合。
4.6将样品加入等量的2×sds凝胶加样缓冲液,在100℃加热10分钟以使蛋白质变性。
4.7浓缩胶聚合完全以后,小心移出梳子,将凝胶固定于电泳装置上,电泳槽加入1×sds电泳缓冲液。
4.8按照预定顺序加样,每样品加20μl。
4.9将电泳装置与电源相接,加电压100v,当染料前沿进入分离胶时,把电压提高到120v,继续电泳直至溴酚蓝泳出分离胶底部后,关闭电源。
4.10从电泳装置上卸下玻璃板,用刮勺撬开玻璃板。
4.11用考马斯亮蓝染色,放在水平摇床上于室温染色4小时以上。
4.12移出并回收染液以备后用,将凝胶浸泡于脱色液中,平缓摇动2~3小时,期间更换脱色液2~3次。
4.13脱色后,将胶用凝胶成像仪成像,并保存结果。
5、pgex-4t-cd20原核表达产物的免疫印迹(westernblot)鉴定
5.1戴手套,剪裁6张滤纸和聚偏氟乙烯膜(pvdf膜),大小与凝胶大小吻合。
5.2pvdf膜先用无水甲醇激活15s,然后浸泡于一盘去离子水上,借毛细作用使之从下往上湿润后,浸泡于水中,大约5分钟以上以驱除残留于滤膜上的气泡。
5.3在一个浅托盘中加入少量的转移缓冲液,将6张滤纸浸泡其中。
5.4戴上手套,按照以下方法安装转移装置:
(1)平放底部电极(+),石墨一边在下。
(2)在这一电极上放置3张用转移缓冲液浸泡过的3mm滤纸,逐张叠放,精确对齐,然后用一个玻璃移液管作滚筒以挤出所有气泡。
(3)pvdf膜放在3mm滤纸上。
(4)凝胶转移到一盘去离子水中,漂洗一下,放于pvdf膜上。
(5)再放上3张3mm的滤纸。
(6)连接电源(将阳极导线或者红色导线接于石磨电极),300ma,90min。
(7)将pvdf膜从转印夹中取出,浸入封闭液中,室温封闭1小时。
(8)加入一抗(为兔抗gst抗体1:1000),室温下孵育2小时,洗膜4次,每次15min。
(9)加入二抗(hrp标记的羊抗鼠抗体1:5000),将pvdf膜放入其中,室温下孵育1小时,洗膜4次,每次15min。
(10)用邻苯二胺底物显色,轻轻摇动pvdf膜。
(11)用凝胶扫描分析系统扫描pvdf膜,分析结果。结果表明,所表达的cd20-gst融合蛋白能够特异性与gst蛋白抗体结合,说明cd20蛋白膜外区以一种融合蛋白形式在大肠杆菌中表达。
二、单链dna随机文库的构建和扩增
随机核酸适配体文库为:5’-taccggtccgagtcactg-n40-ccgtgtgagctctagacgttga-3’(80nt),其中5’端固定核酸序列18bp,3’固定核酸序列22bp,中间为40bp随机序列,n代表a、c、t或g。
上游引物核苷酸序列如seqidno.25所示,下游引物核苷酸序列如seqidno.26所示。
seqidno.25:5’-taccggtccgagtcactg-3’
seqidno.26:5’-tcaacgtctagagctcacacgg-3’
将得到的dna进行不对称pcr,反应体系如下:
表4
反应条件:
a.95℃,5min
b.94℃,30sec;50℃,30sec;72℃,10s;22个循环
c.72℃,7min
三、筛选原核表达的cd20蛋白膜外区的单链dna适配子
采用合成的单链dna文库,以cd20-gst-glutathionesepharose4fastflow作为正筛选介质,gst-glutathionesepharose4fastflow作为反筛选介质,采用selex技术筛选cd20蛋白膜外区特异性核酸适配体。具体步骤为:
1.合成并纯化dna随机文库。
2.取cd20-gst-glutathionesepharose4fastflow适量(蛋白量大于0.2mg),用筛选缓冲液反复洗涤。
3.将合成纯化的200-500pmol的dna随机文库稀释于500μl的筛选缓冲液中,85℃,10min孵育后立即置于冰上10mim,随后加入到cd20-gst-glutathionesepharose4fastflow中,室温下轻振15分钟。
4.离心(5000rpm,5min)。
5.弃上清,再加入500μl筛选缓冲液,于85℃变性10min。
6.离心(5000rpm,5min),取上清,将与cd20-gst-glutathionesepharose4fastflow结合的dna随机适配体文库置于85℃孵育10min,然后立即置于冰上10min。
7.将gst-glutathionesepharose4fastflow取适量(蛋白量大于0.2mg),用筛选缓冲液反复洗涤。
8.加入已经处理好的、与cd20-gst-glutathionesepharose4fastflow结合的dna随机适配体文库,室温下轻振15分钟。
9.离心,5000rpm,5min,取上清。
10.纯化dna上清液,获得第一轮筛选产物。
11.以seqidno.25、seqidno.26为引物对第一轮筛选出的核酸文库进行不对称pcr扩增,作为第二轮核酸适配体筛选文库。
12.以上一轮筛选产物为模板进行不对称pcr扩增,重复步骤2-10进行下一轮筛选,共筛选9轮,将所得产物连接到pmd-18t,经克隆测序分析,最终得到seqidno.1-23所示的核酸适配体。其序列见表5。
表5cd20蛋白膜外区特异性核酸适配体sw1-sw23序列
用mfold软件对本实施例23个适配体对应的序列进行二级结构模拟,综合这些二级结构的结构特点,发现它们富含环状结构和茎状结构,这些二级结构在与靶标结合的过程中发挥重要作用。
实施例2、核酸适配体sw1-sw23的特异性、亲和力
一、核酸适配体sw1-sw23特异性检测
1.取乳腺癌、肺癌、b细胞淋巴瘤患者的肿瘤组织制作病理切片。
2.切片常规脱蜡至水(二甲苯20min,二甲苯20min,无水乙醇10min,95%乙醇10min,90%乙醇10min,85%乙醇10min)。
3.30%h2o21份+蒸馏水10份混合,室温5-10分钟以灭活内源性酶。蒸馏水洗3次。
4.热修复抗原:将切片浸入0.01m枸橼酸盐缓冲液(ph6.0),电炉或微波炉加热至沸腾后断电,间隔5-10分钟后,反复1-2次。冷却后pbs(ph7.2-7.6)洗涤1-2次。
5.滴加5%bsa封闭液,室温20分钟。甩去多余液体,不洗。
6.滴加适当稀释的生物素化适配体,37℃1小时。pbs(ph7.2-7.6)洗2分钟×3次。
7.滴加免疫组化试剂盒中试剂sabc,37℃20分钟。pbs(ph7.2-7.6)洗5分钟×4次。
8.dab显色:使用dab显色试剂盒。取1ml蒸馏水,加试剂盒中a,b,c试剂各1滴,混匀后加至切片。室温显色,镜下控制反应时间,一般在5-30分钟之间。也可自配显色剂显色。蒸馏水洗涤。
选取本发明实施例中单适配体seqidno.9、seqidno.11分别测定cd20蛋白膜外区结合特异性。在特异性检测中,seqidno.9和seqidno.11虽然都能特异性与乳腺癌、肺癌、淋巴瘤组织结合,但是相较于乳腺癌、肺癌组织,seqidno.9和seqidno.11与b细胞淋巴瘤组织有最强的的结合能力,并且与b细胞淋巴瘤组织结合能力显著高于与乳腺癌、肺癌组织的结合能力(见图1)。
二、流式细胞仪测定适配体的亲和力
选取本发明实施例中单适配体seqidno.1-23分别测定解离常数。先用fitc标记的引物扩增出相应的单适配体,然后将带有荧光标记的单适配体分别与raji细胞作用。用流式细胞仪检测各轮fitc标记的单适配体与raji细胞结合的荧光强度。实验重复三次,计算测得的数据,根据下列公式计算解离常数kd值。
y=bmaxx/(kd+x)
其中y代表平均荧光强度;bmax代表所测得的最大荧光强度;kd为解离常数;x为所加的单适配体的浓度。
解离常数kd的测定可以表明适配体与raji细胞的的结合能力。经检测,所获得的的适配子解离常数在28-169nm之间,显示出与raji细胞有较好的结合能力。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
序列表
<110>湖北大学
<120>一种原核表达的cd20核酸适配体、筛选方法及其应用
<160>26
<170>siposequencelisting1.0
<210>1
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