牛朊蛋白基因 prnp敲除載體構建與轉染

摘要：本研究旨在通過基因打靶技術，構建牛朊蛋白基因prnp的敲除載體，并轉染牛胎兒成纖維細胞，實現prnp基因的高效敲除。利用正負篩選策略富集中靶細胞，最終獲得了9個陽性細胞克隆。本研究為生產抗瘋牛病的轉基因牛提供了理論基礎和技術支持。

引言：

朊蛋白（Prion protein）是動物傳染性海綿狀腦病的致病蛋白，由prnp基因編碼的一種糖蛋白。在牛中，這種病癥被稱為瘋牛病（BSE），是一種嚴重危害人類健康和世界經濟發展的傳染性疾病。瘋牛病的病原體是PrPsc，一種內源性膜錨定蛋白PrPc（由prnp基因編碼）的異構體。PrPsc誘導PrPc向PrPsc的轉化是發病過程中的主要事件。因此，科學家推斷PrPc缺失的動物因缺乏轉化的底物而可能具有抵抗瘋牛病的能力。

利用基因工程技術生產對瘋牛病具有抵抗能力的“超級牛"成為當前研究的熱點。基因打靶技術是實現這一目標的關鍵，它可以通過外源DNA與染色體DNA之間的同源重組，定點修飾和改造基因DNA片段。在哺乳動物中，由于隨機重組的頻率遠高于同源重組，因此構建高效的打靶載體并采用有效的篩選策略至關重要。

本研究利用正負篩選策略（Positive-negative selection, PNS），結合Cre-Loxp重組系統的原理，構建了牛朊蛋白基因prnp的敲除載體，并通過電穿孔法轉染牛胎兒成纖維細胞，旨在獲得prnp基因敲除的陽性細胞克隆，為生產抗瘋牛病的轉基因牛提供供體細胞。

材料與方法：

1. 材料與試劑：

   打靶載體PA2T、牛胎兒成纖維細胞由本實驗室保存。EX Taq酶、pMD20-T Vector、DNA連接試劑盒購自某品牌公司，DNA凝膠回收試劑盒購自某品牌公司，各種限制性內切酶購自某品牌公司，無內毒素質粒大量提取試劑盒購自某品牌公司。細胞培養相關試劑包括基本培養基（DMEM）、胎牛血清、胰蛋白酶、L-谷氨酰胺、丙酮酸鈉、非必需氨基酸、青霉素、鏈霉素等，均購自某品牌公司。G418購自某品牌公司，其他試劑購自某品牌公司等。

2. 基因組DNA的提取：

   無菌制備荷斯坦奶牛抗凝血，使用某品牌公司的血液/細胞/組織基因組提取試劑盒提取基因組DNA。

3. prnp基因打靶載體PBONP的構建：

   3.1 PCR擴增及克隆3'同源臂和5'同源臂：

   設計上下游引物，以牛全血基因組DNA為模板，進行PCR擴增。3'同源臂和5'同源臂的擴增產物分別連接到pMD20-T Vector載體上，轉化感受態細胞DH5α，抽提質粒，經酶切及測序鑒定。

   3.2 3'、5'同源臂插入打靶載體PA2T：

   將測序正確的克隆的質粒與打靶載體PA2T同時用限制性內切酶雙酶切，回收同源臂和骨架載體片段，通過T4 DNA連接酶連接，轉化DH5α，提取質粒，酶切、PCR鑒定。

4. 細胞培養與轉染：

   牛胎兒成纖維細胞在含10%胎牛血清的DMEM培養基中培養。使用威尼德電穿孔儀將打靶載體PBONP轉染牛胎兒成纖維細胞。

5. 正負篩選：

   轉染后的細胞分別用600μg/mL G418和200nmol/mL Ganciclovir（GCV）進行正負藥物篩選，獲得藥物抗性細胞克隆。

6. 細胞克隆的鑒定：

   采用PCR、測序、間接免疫熒光試驗及Western blotting試驗對藥物抗性細胞克隆進行鑒定，確定陽性細胞克隆。

實驗結果：

1. prnp基因同源臂的擴增與克隆：

   通過PCR技術成功地從牛的全血基因組中擴增出prnp基因的兩個同源臂，長度分別為1727bp和3860bp。測序結果表明，克隆出的同源短臂和同源長臂的序列與GeneBank上公布的基因序列一致。

2. 打靶載體PBONP的構建：

   以通用型打靶載體PA2T為基本骨架，將牛prnp基因的長短同源臂導入其中，成功構建了牛朊蛋白基因敲除載體PBONP。

3. 藥物篩選：

   確立了G418和GCV的最小細胞致死濃度和維持濃度，G418的致死濃度和維持濃度分別為600μg/mL和300μg/mL，GCV的最小致死濃度和維持濃度分別為200nmol/mL和100nmol/mL。利用電穿孔法將打靶載體PBONP轉染牛胎兒成纖維細胞，經過G418和GCV的正負篩選，最后得到176個藥物抗性的細胞克隆。

4. 細胞克隆的鑒定：

   通過PCR、間接免疫熒光和Western blotting試驗的多次鑒定，確定了176個藥物抗性細胞克隆中有9個是陽性細胞克隆。這些陽性細胞克隆中的prnp基因被成功敲除。