نوع مقاله : علمی - پژوهشی
کلیدواژهها
عنوان مقاله English
Aim: The aims of this study were subcloning of Dj-1(PARK7) gene to lentiviral transfer vector, recombinant lentiviruses production and target cells infection with these viruses.
Material and methods: DJ1 gene obtained from pcDNA-DJ1 vector using restriction enzymes EcoR1 and Xho1. Lentiviral transfer vector was coincidental digested using EcoR1 and Sall enzymes. DJ-1 gene was interred into the lentiviral transfer and upstream of Jred gene using T4-DNA ligase. As DJ1-IRES-Jred sequence was placed in downstream and control of CMV promoter. To production of recombinant lentivruses, the made vector is coincidental transferred into the HEK-293T (Human Embryonic Kidney) cells with two packaging and envelope lentiviral vectors. Produced virus was used for target cells infection.
Results: For integrity of subcloning, enzymatic tests and PCR were used.
Fluorescent microscopy also used to show expression of Jred reporter gene that showed the success of our gene transferring .Then RT-PCR was done for showing overexpression of DJ1 gene in transduced cells compare with normal cells.
Conclusion: This study show the lentiviral vectors success in gene transferring to eukaryotic cells and clear that this vectors can be used in treatment of nervous system diseases.
کلیدواژهها English
مقدمه
بیماری پارکینسون در زمره بیماریهای زوال نورونی است که با وجود ناشناخته بودن علت یا علل آن، بسیاری از زوایای تاریک مرتبط با زیست شناسی مولکولی این بیماری اکنون آشکار شده و پشتوانه قابل اطمینانی برای درمانهای نوین پارکینسون بهوجود آورده است. مطالعه روی برخی بیماران که شیوع خانوادگی پارکینسون در آنها برجسته بوده است باعث شناسایی تعدادی از ژنهای مهم و دخیل در شکل گیری این بیماری شده است. ژن PARK7 یا DJ1 سومین ژن شناخته شده مرتبط با بیماری پارکینسون میباشد که جهش در آن باعث فرم آتوزومال مغلوب از بیماری پارکینسون میشود و در ابتدا بهعنوان یک انکوژن شناخته شد (1). همگام با آن مشخص شد که این ژن پروتئینی میسازد که در باروری رتهای نر و دیگر پستانداران نقش دارد (2و3). با مشخص شدن نقش این ژن در نوعی از بیماری خانوادگی پارکینسون که بهصورت اتوزومی مغلوب انتقال مییابد، مطالعه بر روی آن افزایش یافت (4). در بیماری پارکینسون، این ژن در پاسخ به استرس اکسیداتیو نقش دارد و جهش هایی که باعث از دست رفتن عملکرد این ژن میشوند، باعث افزایش میزان این استرس اکسیداتیو میگردند (5،6 و 7). چندین مکانیسم برای عملکرد این ژن در پاسخ به استرس اکسیداتیو گزارش شده است. از جمله اینکه محصول این ژن یک چپرون وابسته به حالت احیا میباشد(8). احتمالا نقش چپرونی محصول این ژن از تراکم آلفاسینوکلئین در سلولها جلوگیری میکند (8 و9). این خصوصیت ژن میتواند بسیار مهم باشد. زیرا آلفا سینوکلئین و یوبیکوئیتین از فراوانترین پروتئینهایی هستند که در سیتوپلاسم سلولهای افراد پارکینسونی وجود دارند (10). از دیگر شیوههای فعالیت این ژن میتوان به نقش این ژن در تنظیم منفی آپوپتوزیس در حالت احیا سلولها اشاره کرد، که احتمالا از طریق فعال کردن مسیر سیگنالینگ PI3K/Akt عمل میکند (11 و12). همچنین نقشهای محافظتی بیشتری نیز برای این ژن گزارش شده است (13).
نقش DJ-1 در پیشگیری از بروز علائم پارکینسون بهخصوص از نظر حفاظت نورونهای دوپامین ساز در برابر آسیبهای اکسیداتیو در سالیان اخیر مورد توجه قرار گرفته است. برای آنکه عملکرد DJ-1 در مقابله با سیگنالهای مرگ در این دسته نورونها بهتر و بیشتر روشن شود، در مطالعه جاری و بهعنوان گام نخست، یک سازه لنتی ویروسی ساخته شده که حامل توالی کد کننده DJ-1 بود. با انتقال این سازه به سلولهای مولد ویروس، لنتی ویروسهای نوترکیب ساخته شد که پس از آلوده کردن سلولهای هدف قادر به هدایت بیان چشمگیر DJ-1 در این سلولها بود. این سازه لنتیویروسی اکنون میتواند بهعنوان ابزاری مهم برای مطالعات عملکردی DJ-1 بهکار گرفته شود.
مواد و روشها
تهیه پلاسمیدهای ویروسی: ناقلهای ویروسی شامل ناقل بسته بندی (∆∆∆pCD/NL-BH*) ناقل پوششی (LTR-G) و ناقل ترانسفر (PLV-Jred) با استفاده از کیت Maxiprep از کیاژن خالص سازی شدند (14).
برش ناقل انتقالی برای وارد سازی قطعه هدف (Digestion): برای وارد کردن ژن DJ-1 بهدرون ناقل انتقالی و بالادست ژن Jred، ابتدا با استفاده از آنزیمهای EcoR1 و Sal1، پلاسمید ترانسفر لنتیویروس را برش داده شد تا با از دست دادن قطعات اضافی بهصورت یک پلاسمید خطی درآید. به این صورت که طبق دستورالعمل، پلاسمید مورد نظر همراه با آنزیم های مذکور و بافرهای مخصوص آنها به مدت دوساعت در دمای 37 درجه انکوبه کردیم. محصول هضم آنزیمی را با استفاده از ژل آگاروز، الکتروفورز و با استفاده از کیت استخراج از ژل (سیناژن) بازیابی گردید. بهطور همزمان ژن DJ-1 با استفاده از دو آنزیم EcoR1 و Xho1 از داخل پلاسمیدpCDNA-DJ1 خارج و بهطرز مشابه از روی ژل آگاروز استخراج شد.
وارد سازی ژن DJ-1 به درون ناقل انتقالی (Ligation): با توجه به سازگار بودن انتهاهای چسبنده حاصل از برش با آنزیمهای Sal1 و Xho1، محصول این دو هضم آنزیمی بهطور مستقیم و با استفاده از آنزیمDNA T4 لیگاز و طی یک واکنش لیگاسیون بهم پیوند شد. محصول واکنش با ترانسفورماسیون بهروش شوک حرارتی به باکتریهای Eschrichia coli Top10 مستعد شده منتقل گردید. کولونیهای حاصل از رشد این باکتریها بهطور تصادفی مورد غربالگری بهروش Cracking قرار گرفت. به اینصورت که باکتریها طبق پروتکل بهصورت نسبی هضم شده و محلول رویی حاوی DNA روی ژل آگارز الکتروفورز گردید و سپس از نمونههای مشکوک DNA پلاسمیدی استخراج شده و روی آنها تست آنزیمی و PCR انجام شد و سرانجام نمونه مورد نظر شناسایی و انتخاب گردید.
کشت سلول: سلولهای HEK-293T بهعنوان مولد ویروس در محیط DMEM+10% FBSشرکت Gibco در دمای 37 درجه و CO2 5 درصد کشت و پاساژ داده شدند. دو میلیون سلول در پتری دیشهای 10 سانتیمتری مخصوص کشت سلول، 24 ساعت قبل از ترانسفکشن کشت داده شدند تادر روز بعد 50 تا 60 درصد پتری دیش را پر کنند. برای آلوده سازی ویروسی تعداد 50 هزار سلول HEK-293T در پلیت 24 خانه، 24 ساعت قبل از آلوده سازی کشت داده شدند.
تولید ویروس: برای تولید لنتی ویروسهای نوترکیب وفعال، سلولهای مولد ویروس را همزمان با سه ناقل لنتیویروسی به مقدار 15 میکروگرم از ناقل ترانسفر و 10 میکروگرم از هریک از ناقلین بسته بندی و غشایی، با روش رسوب- DNA فسفات کلسیم ترانسفکت شد. برای تشکیل این رسوب،DNA های مذکور همراه با 50 میکرولیتر از کلرید کلسیم 5/2 میلی مولار، با آب استریل به حجم 500 میکرولیتر رسید و به این محلول در حالیکه روی شیکر در حال چرخان بود هم حجم آن HEPES به آرامی اضافه شد. محلول حاصل را 20 دقیقه در زیر هود انکوبه شد تا رسوب مطلوب بهدست آید. سپس این رسوب به آرامی و قطره قطره به محیط سلولهای هدف اضافه گشت. سلولها بهمدت 8 ساعت انکوبه شدند و سپس محیط آنها با محیط جدید تعویض شد. پس از این مراحل سلولها تا زمان تولید ویروس و رها سازی آن به محیط کشت، در شرایط انکوباتوری ذکر شده نگهداری شدند.
تغلیظ ویروس و آلوده سازی سلولهای هدف: محیط کشت سلولهای ترانسفکت شده پس از 24 و 48 ساعت جمع آوری و از فیلتر 45/0 میکرون عبور داده شد. سپس محیط فیلتر شده بهدرون ستونهای آمیکون MW 100(شرکت کیاژن) ریخته و مدت 10 دقیقه در دور rpm 4000 سانتریفیوژ گشت. محلول باقیمانده پشت فیلتر که تغلیظ شده و پر از ذرات ویریونی بود جمع آوری شد. حجم های مختلف از این محلول برای آلوده سازی سلولهای هدف استفاده شد. سپس سلولها در شرایط انکوباتوری ذکر شده قرار داده شدند تا بیان ژن Jred موجود در ناقل انتقالی، در زیر میکروسکوپ فلورسنس مشاهده شود. پس از این مرحله با استفاده از تکنیک RT-PCR از افزایش بیان ترانسژن DJ-1 اطمینان حاصل گردید.
استخراج RNA و آزمایش RT-PCR : همانطور که قبلا گزارش کرده ایم، 96 ساعت پس از ترانسدوکشن سلولی، کل RNA سلولی با استفاده از کیت مربوطه (High Pure RNA Isolation Kit, Roche) استخراج شده و پس از اطمینان از سلامت کامل آن در روی ژل، دو میکروگرم از آن برای سنتز cDNA تحت شرایط گزارش شده بهکار برده شد (15). ساخت cDNA به کمک ترانسکریپتاز معکوس از(Fermentas, Lithuania) و در حضور هگزامرهای راندوم و RNase Inhibitor صورت گرفت. برای تکثیر یک قطعه 185 جفت بازی از cDNA مربوط به DJ-1 انسانی، جفت پرایمر زیر بر اساس توالی کد کننده آن بهشرح زیر طراحی و سنتز شد.
(NM_007262.4 GenBank accession no.):
Forward: 5'- CGGGGTGCAGGCTTGTAAA -3',
Reverse: 5'- ACCACATCACGGCTACACTG -3'.
مقادیر یکسان از هر نمونه cDNA برای آزمایش PCR مورد استفاده قرار گرفت. پس از 2 دقیقه دناتوراسیون نمونهها در در دمای 95 درجه سانتیگراد واکنش PCR با 30 سیکل دناتوراسیون (94 درجه سانتیگراد 45 دقیقه Annealing در 59 درجه سانتیگراد 1 دقیقه و مرحله Extension در 72 درجه سانتیگراد 45 ثانیه) به انجام رسید. محصولات PCR با استفاده از ژل آگاروز 2/1 درصد آنالیز و تصویر برداری شد. شدت باندهای این تصاویر با استفاده از نرم افزار US-Scan-It Gel Analysis Software (Skill Scientific Inc. Orem, Utah) اندازه گیری گردید.
نتایج
بازیابی قطعات DNA مورد نظر:
واکنش Digestionروی ناقل لنتیویروسی (شکل1) و همچنین روی ناقل حاوی ژن DJ-1 (شکل 2) با موفقیت انجام شد.
استخراج قطعات مورد نظر از روی ژل آگاروز:
قطعهی حدود12کیلو بازی وکتور خطی شده و قطعه ی 850 جفت بازیDJ-1 با استفاده از کیت استخراج از ژل، از روی ژل آگاروز استخراج شده و بهمنظور تعیین غلظت، بهطور همزمان روی ژل آگاروز، الکتروفورز گردیدند (شکل3).
تست کرکینگ:
پس از انجام واکنش Ligation تعدادی از کلونیها به صورت اتفاقی انتخاب شده و روی آنها تست کرکینگ انجام شد و نمونههایی که روی ژل کمتر از بقیه حرکت کرده بودند انتخاب گردید (شکل4).
|
|
|
|
شکل 1: خطی شدن ناقل لنتی ویروسی pLV-Jred |
شکل 2: برش ناقلpcDNA-DJ1 و خروج ژن DJ1 |
شکل3: بازیابی قطعات از ژل
شکل4: تست کرکینگ
تست Digestion:
بهمنظور اطمینان از صحت نمونههای انتخاب شده، این نمونهها با آنزیم های EcoR1و Sal1 بریده شدند که در یکی از دو نمونه، قطعات بهدست آمده نشان از صحت کلنیها در این مرحله داشت (شکل 5).
تست PCR:
برای اطمینان کامل از درستی کلون بهدست آمده، با استفاده از پرایمرهای موجود، برای نمونه مثبت واکنش PCR انجام گردید و نتیجهی آن نشان دهنده صحت این کلونی بود (شکل6).
شکل5: تست آنزیمی کلون مورد نظر و بهدست آمدن قطعات مورد انتظار
شکل6: واکنش PCR بر روی نمونه مثبت و نمونه مورد نظر برای ژن DJ1
موفقیت مرحله ترانسفکشن:
مشاهده سلولها با میکروسکوپ فلورسنس در فواصل زمانی متوالی پس از ترانسفکشن، آغاز بیان ژن Jred را در سلولهای HEK-293T، 9 ساعت پس از ترانسفکشن نشان داند و در ساعات بعدی بیان این ژن تشدید گردید (شکل7).
ترانسداکشن سلولهای هدف و بیان ژن گزارشگر:
حدود 36 ساعت پس از افزودن استوک ویروسی به سلولهای هدف اولین نشانه های بیان Jred با استفاده از میکروسکوپ فلورسنس مشاهده شد و موفقیت آمیز بودن ترانسدوکشن را به اثبات رساند. بیان Jred در فاصله زمانی 72 ساعت به حداکثر خود رسید (شکل 8).
شکل7: بیان ژن Jred در زیر میکروسکوپ فلورسنس. الف) سلول های HEK-293T قبل از ترانسفکشن، ب) سلول های HEK-293T ، 24 ساعت پس از ترانسفکشن. (بزرگنمائی: ×100)
شکل8: بیان ژن Jred در زیر میکروسکوپ فلورسنس. الف)سلول های HEK-293T قبل از ترانسدوکشن، ب) سلول های HEK293T، 72 ساعت پس از ترانسدوکشن. (بزرگنمائی: ×200)
افزایش بیان ژن DJ-1:
یک هفته پس از آلوده شدن سلولهای HEK-293T با ویروسهای هدف و اطمینان از بیان ترانسژن گزارشگر، RNA این سلولها استخراج شد و با استفاده از تکنیک RT-PCR میزان بیان ژن DJ-1 قبل و بعد از ترانسداکسیون مشاهده گردید (شکل9). این آزمایشات نشان داد که میزان بیان DJ-1 در سلولهای آلوده شده به ویروس pLV-DJ-1 نسبت به سلولهای کنترل افزایش یافته است.
شکل9: تصویر ژل الکتروفورز از واکنش RT-PCR بر روی ژن DJ-1.
بحث
امروزه انتقال ژن یکی از مهم ترین تکنیکها در رابطه با تشخیص، پیشگیری و درمان بسیاری از بیماریها از جمله بیماری پارکینسون تحت عنوان ژن درمانی بهشمار میرود. ناقلین مختلف و متعددی برای انتقال ژن مورد استفاده قرار میگیرند که میتوان آنها را به دو گروه ناقلین ویروسی و ناقلین غیر ویروسی دسته بندی کرد (16). از بین ناقلین ویروسی، لنتی ویروسها بهدلیل داشتن خصوصیات برجسته در سالهای اخیر مورد توجه قرار گرفتهاند. این ویروسها متعلق به خانواده رترو ویریده بوده و همانند رترو ویروسها قادرند پس از ورود به سلول میزبان ژنوم خود را به داخل ژنوم میزبان وارد سازند. رترو ویروسها زمانی قادرند این کار را انجام دهند که سلول در حال تقسیم باشد ولی لنتیویروس ها میتوانند بدون نیاز به تقسیم سلولی وارد هسته سلول میزبان شده و ژنوم خود را بهداخل ژنوم میزبان متصل کنند (17). حذف برخی از ژنهای اصلی، فرعی و تنظیمی و همچنین جهشهای حذفی (حذف 400 نوکلئوتید از ناحیه U3) در نواحی ضروری 3’LTR که مربوط به افزاینده (Enhancer) و پروموتر (Promoter) میباشد، منجر به غیر فعال سازی نسخه برداری از پروویروس شده و ناقلین حاصل از این جهشها تحت عنوان ناقلین SIN (Self inactivating vectors) نامیده میشوند (18).
در این حاملها به منظور افزایش ایمنی زیستی، تعـداد زیادی از
ژنهای غیر ضروری و بیماریزای ویروسی حذف شده و دارای نقص در سیستم همانند سازی میباشند. حاملین لنتی ویروسی نسل سوم از 4 حامل مجزای لنتیویروسی تشکیل شدهاند که یکی از آنها حامل انتقال و بقیه حاملین کمکی برای بسته بندی لنتیویروسها می باشند. به دلیل عدم وجود همولوژی بین این 4 حامل، امکان نوترکیبی و قرار گرفتن ژن های لنتیویروسی در مجاور هم کاهش یافته و ایمنی آنها افزایش پیدا کرده است (19). یکی از مهمترین معایب حاملین لنتیویروسی، ورود اتفاقی آنها به داخل ژنوم میزبان و احتمال ایجاد جهش زایی دخولی آن هاست (20). در این مطالعه ما توانستیم لنتیویروسهای نوترکیب ناقل ژن DJ1 را با موفقیت تولید کنیم که میتوانند در مطالعات بعدی بهمنظور بررسی افزایش بیان این ژن در مقابله با عوامل گوناگون از جمله رادیکالهای آزاد مورد بررسی قرار گیرند.
نتیجه گیری
نتیجه این مطالعه کاربرد موفقیت آمیز ناقلهای لنتیویروسی در انتقال ژن به سلولهای یوکاریوتی را نشان میدهد و روشن میسازد که این ناقلها میتوانند در درمان بیماریهای سیستم عصبی از قبیل پارکینسون و آلزایمر مورد استفاده قرار گیرند، همان گونه که امروزه به طور وسیعی از آنها در سراسر دنیا استفاده میشود.
تشکر و قدردانی
از همکاری تکنیکی آقای عباس رحیمی در تهیه این مقاله سپاسگزاری میشود. هزینه انجام این پژوهش از طریق طرح شماره 420 مصوب پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک و زیست فناوری تامین شده است.
| تعداد مشاهده مقاله | 10,004 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 2,664 |