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编号:10214240
小鼠神经细胞cdc2类蛋白激酶调节亚基p35Nck5a基因的克隆和鉴定
http://www.100md.com 《第二军医大学学报》 1999年第10期
     作者:周常文 戴旭明 薛 红 傅继梁

    单位:第二军医大学基础医学部医学遗传学教研室,上海,200433;周常文:兰州军区乌鲁木齐总医院临床医学研究所,新疆乌鲁木齐市,830000;薛 红:香港科技大学生物化学系

    关键词:p35Nck5a基因;克隆;序列分析

    摘要 目的摘要 目的: 获取小鼠神经细胞cdc2类激酶(Nclk)调节亚基p35Nck5a基因组DNA,用于构建基因重复性打靶载体。方法: 用噬斑原位杂交法从λPS基因文库中克隆小鼠p35Nck5a基因;用限制性内切酶酶切图谱分析和序列测定进行基因组结构分析。结果: 获得较完整的p35Nck5a基因组DNA酶切图谱;该基因由一个外显子组成,长924 bp,编码307个氨基酸的蛋白质,内含子长208 bp,位于5′端侧翼序列中。测定的序列(-1 080至+924 bp和+3 721至+4 222 bp)与已报道的序列基本一致,仅在-135和-295位各插入一个碱基G。结论: 得到的 p35Nck5a基因组DNA片段长约11 kb, 其5′端侧翼序列含有一些已知的调控序列,3′端含有poly A的信号序列,满足了构建基因重复性打靶载体的要求。
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    中图分类号 Q 785 文献标识码:A

    Cloning and identification of mouse neuronal cdc2-like kinase regulatory subunit p35Nck5a gene

    Zhou Changwen, Dai Xuming, Xue Hong, Fu Jiliang

    (Department of Medical Genetics, Department of Basic Medicine,Second Military Medical University, Shanghai,200433)

    ABSTRACT Objective: To construct gene targeting vector for duplicating the regulatory subunit p35Nck5a gene of mouse neuronal cdc2-like kinase(Nclk) and study the relationship between increased Nclk activity and hyperphosphorylated protein tau of Alzheimer′s disease(AD). Methods: Bacteriophage plaque in situ hybridization was used for cloning p35Nck5a gene from λPS library . The analysis of p35Nck5a genomic DNA structure was carried out by restriction endonuclease mapping and sequencing. Results: p35Nck5a gene mapping was obtained. The gene consisted of only an exon which was 924 bp in length and encoded a protein which contained 307 amino acids. A 208 bp intron was located in 5′-flanking region. The determined sequence(-1 080 to +924 bp and +3 721 to +4 222 bp) was basically consistent with that reported, except a base G was inserted at -135 site and -295 site, respectively. Conclusion: About 11 kb of genomic DNA fragment is obtained, in which there are some known regulatory elements in 5′-flanking region and the polyadenylation signal in 3′-flanking region. This DNA fragment meets the requirement of constructing gene targeting vector for gene duplication.
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    KEY WORDS genes, p35Nck5a; cloning; sequence analysis

    神经细胞cdc2类激酶(Nclk)由催化亚基Cdk5和调节亚基p35Nck5a或p39nck5ai组成, Nclk的活性是由调节亚基决定的[1]。p35Nck5a和p39Nck5ai基因的同源性为60%。体外研究发现,Nclk可使微管相关蛋白——tau蛋白的正常和异常位点发生磷酸化。异常过度磷酸化的tau蛋白的存在是Alzheimer病(AD)重要的病理特征之一[2],因此,Nclk可能与AD的发生密切相关。为了在活体内验证Nclk激酶活性增高与NFTs形成之间的联系,根据“DNA双链缺口修复”的原理[3],在保持其他遗传背景相同的情况下,通过基因打靶技术制备p35Nck5a基因定点重复的小鼠模型可能是一条最佳途径。本研究报道小鼠Nclk调节亚基p35Nck5a基因的克隆及其结构分析,为下一步研究奠定了基础。
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    1 材料和方法

    1.1 主要材料 pHP39Nck5ai 质粒和λPS基因组文库[4]由薛红博士提供。pBluescript SK+ 质粒系Stratagene公司产品。C600和DH5α菌株由本室保存。实验中使用的限制性内切酶、T4 DNA 连接酶等分别购自Gibco BRL和USB等公司。α-32P-dCTP购自北京亚辉生物医学工程公司。WizardTM质粒抽提试剂盒购自Promega公司。QIAEX Ⅱ凝胶纯化试剂盒购自QIAGENE公司。Ready-to-go探针标记试剂盒和T7测序试剂盒购自Pharmacia 公司。 ABI PRISMTM 荧光测序试剂盒购自PE公司。根据小鼠p35Nck5a基因序列和Stratagene公司序列资料,用PCGENE软件包自行设计了PCR和测序引物,由上海生工生物工程公司合成。引物序列及其结合位点见表1。
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    表1 实验中所用的测序引物

    Tab 1 Sequencing primers used in the experiment

    Primer name

    Nucleotide sequence

    Binding site

    p35f

    5′-ATGGGCACGGTGCTGTCCCTATC-3′

    1~23 bp

    p35r

    5′-TCACCGATCCAGCCCCAGGAGGA-3′
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    924~901 bp

    p35-1

    5′-GCTAGACTTAAGTGTTCGAGC-3′

    4 247~4 268 bp

    p35-2

    5′-CCAAACTGAGCTTCATGACTC-3′

    4 885~4 864 bp

    pT3

    5′-TCGAAATTAACCCTCACTAAAGGGAACA-3′

    T3 promoter sequence
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    pT7

    5′-AATTGTAATACGACTCACTATAGGGCGAAT-3′

    T7 promoter sequence

    1.2 方法

    1.2.1 λPS基因文库的筛选 参照文献[5]介绍的方法进行。以C600为宿主菌,采用人的p39Nck5ai cDNA为探针,共筛选约2×105个噬斑。用杂交阳性单斑制备噬菌体原种,然后,用PEG沉淀法提取噬菌体DNA。

    1.2.2 亚克隆的制备 噬菌体和pBluescript SK+质粒DNA的酶切、连接和转化等按常规方法进行;DNA片段的回收和质粒DNA的小量制备按试剂盒说明书进行;用酶切或杂交方法鉴定阳性亚克隆质粒。
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    1.2.3 限制性内切酶酶切图谱分析 采用单酶/双酶组合酶切分析法[6]进行。

    1.2.4 PCR扩增 依据引物的Tm值不同,采用相应的反应条件,按常规进行。

    1.2.5 Southern 印迹杂交 用Pharmacia 公司真空转移仪按说明书进行DNA转移;按Ready-to-go试剂盒说明书进行探针标记;用杂交仪按常规方法进行杂交反应。

    1.2.6 序列测定 核素测序按T7测序试剂盒说明书进行;荧光测序按ABI公司测序试剂盒说明书进行。

    2 结 果

    2.1 λPS基因文库的筛选 根据人p39Nck5ai与小鼠p39Nck5ai和p35Nck5a基因的同源性分别为98%和60%,适当降低洗膜的严格性,通过一次筛选,希望同时获得小鼠p39Nck5ai和p35Nck5a两个基因。pHP39Nck5ai 质粒DNA经EcoRⅠ酶切,得到1.1 kb长的人p39Nck5ai cDNA作为筛库探针,经4轮筛选,共获得7个阳性克隆(E11-1, E11-2,E13-7, E14-1,E15-4,E16-2,E17-5)。参照已知的部分限制性内切酶酶切图谱,对其进行酶切分析,初步判定E15-4克隆中含有Nclk的主要调节亚基p35Nck5a基因。
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    2.2 小鼠p35Nck5a基因组DNA的鉴定

    2.2.1 Southern印迹杂交 用BamHⅠ对E15-4噬菌体DNA进行酶切分析,电泳后出现5条带,其中,20 kb 和9 kb 2条带分别是λ2001载体的长、短臂,插入片段得到长约6.5,5和3 kb的3条带(图1a)。经探针杂交后,6.5 kb条带呈杂交阳性(图1b),回收该片段,将其克隆于pBluescript SK+质粒上, 制成6.5 kb/BamHⅠ亚克隆质粒作进一步验证。718.gif (8484 bytes)

    图1 E15-4噬菌体DNA的BamHⅠ酶切和杂交结果

    Fig 1 Results of BamHⅠ digestion and
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    hybridization of E15-4 phage DNA

    a:Restriction endonuclease (BamHⅠ) mapping of E15-4 phage DNA;M:λDNA/Hind Ⅲ Marker;1: BamHⅠ-digested DNA fragments;b: Southern blotting of BamHⅠ-digested DNA fragments

    2.2.2 PCR扩增 用位于p35Nck5a基因起始密码处的正向引物p35f和终止密码处的反向引物p35r, 对E15-4噬菌体和6.5 kb/BamHⅠ亚克隆质粒DNA进行扩增,得到一条0.9 kb的扩增产物,从而证实其中含有完整的p35Nck5a 基因编码区。

    2.2.3 序列测定 为排除E15-4噬菌体克隆中小鼠p35Nck5a基因可能出现的重组、突变或缺失现象,用鸟枪法将6.5 kb/BamHⅠ亚克隆的所有PstⅠ酶切片段,再构建成不同的亚克隆质粒; 另将E15-4噬菌体DNA用PstⅠ和KpnⅠ双酶切,回收1.126 kb片段制成亚克隆质粒,使用表1所列引物进行测序,获得了完整的p35Nck5a基因编码区序列(图2)及部分5′及 3′端侧翼序列(因篇幅所限侧翼序列图略)。718-2.gif (10400 bytes)718-3.gif (10421 bytes)718-4.gif (10292 bytes)
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    图2 小鼠p35Nck5a基因的核苷酸序列

    Fig 2 Nucleotide sequence of the mouse p35Nck5a gene

    Uppercase letters indicates the deduced amino acid sequence; *** indicates the stop codon

    由图2可见,p35Nck5a基因编码区全长924 bp,编码含307个氨基酸残基的蛋白质。在测定的5′端侧翼序列中,有一段208 bp的内含子序列;其启动子序列富含GC,在+90至-1 020 bp范围内GC含量达到73%,无TAAT盒和CAAT盒,但有几个转录调控因子的结合序列,如Sp1,AP2,MRE和NGFIA。在3′端侧翼序列中具有polyA的信号序列。测定的序列与Ohshima[7]报道的结果基本一致, 仅在-135和-295位各插入一个碱基G。
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    2.2.4 限制性内切酶酶切图谱分析 用不同的限制性内切酶对E15-4噬菌体DNA进行单酶切和双酶切鉴定(图3),并结合测定的部分序列和已知的酶切图谱进行综合分析,获得长约11 kb的小鼠p35Nck5a基因组DNA片段(图4)。719.gif (3311 bytes)719-2.gif (3203 bytes)

    图3 E15-4噬菌体DNA的限制性内切酶酶切电泳图

    Fig 3 Restriction mapping of E15-4 phage DNA
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    M1 and M2 present λDNA/HindⅢ and λDNA/EcoRⅠ+HindⅢ Marker, respectively; 1: Bam HⅠ; 2: EcoRⅠ; 3: PstⅠ; 4: KpnⅠ; 5: HindⅢ; 6: XbaⅠ; 7: BamHⅠ/Pst Ⅰ; 8: Bam HⅠ /KpnⅠ; 9: BamHⅠ/XbaⅠ; 10: BamHⅠ/EcoRⅠ; 11: HindⅢ/KpnⅠ; 12: PstⅠ/KpnⅠ719-3.gif (2503 bytes)

    图4 小鼠p35Nck5a基因组DNA结构图谱

    Fig 4 Restriction endonuclease mapping of mouse p35Nck5a genomic DNA
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    B: BamHⅠ; K: KpnⅠ; R: EcoRⅠ; Sm: SmaⅠ; P: PstⅠ; N: NotⅠ; Sp: SpeⅠ; Bg: BglⅡ; H: HindⅢ

    3 讨 论

    通过筛选小鼠基因组DNA噬菌体文库获得用于构建基因打靶载体的DNA片段,是进行基因打靶研究的基础性工作之一。由于Nclk有两个调节亚基即p35Nck5a和p39Nck5ai,它们都参与决定Nclk的激酶活性。根据人的p39Nck5ai cDNA与小鼠的p39Nck5ai和p35Nck5a cDNA序列的同源性分别为98%和60%的特点,我们在筛库过程中,适当降低洗膜的严格性,希望同时获得p39Nck5ai和/或p35Nck5a两个基因,我们选择人p39Nck5ai cDNA作为筛库的探针,经筛选大约2×105个噬菌斑,获得了p35Nck5a基因,表明这种筛选方法是可行的。 在基因重复性打靶研究中,为确保被重复的基因拷贝完全具有功能,应获得足够长的基因组DNA片段,以便包括所有已知的或可能的调控序列。我们得到的p35Nck5a基因组DNA长约11 kb,比Ohshima[7]和Chae[8]等报道的该基因片段更为完整,其5′端包括了一些已知的调控序列,3′端含有polyA的终止信号序列,因此,满足了构建基因重复性打靶载体的要求。
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    文章编号:0258-879X(1999)10-0716-04

    参考文献

    1 Lee KY, Qi Z, Yu YP,et al. Neuronal cdc2-like kinases: neuron-specific forms of Cdk5[J]. Int J Biochem Cell Biol,1997,29(7):951

    2 Roush W. Protein studies try to puzzle out Alzheimer′s tangles[J]. Science, 1995,267(5199):793

    3 Valancius V, Smithies O. Double-strand gap repair in a mammalian gene targeting reaction[J]. Mol Cell Biol, 1991, 11(9):4389
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    4 Nehls M, Messerle M, Sirulnik A, et al. Two large insert vectors, PS and KO, facilitate rapid mapping and targeted disruption of mammalian genes[J]. BioTechniques,1994, 17(4):770

    5 萨姆布鲁克 J,弗里奇 EF,曼尼阿蒂斯 T,主编.金冬雁,黎孟枫,译.《分子克隆》,第2版[M].北京:科学出版社,1995.127~162

    6 戴旭明,薛 红,杨 桦,等. MAPPING 重组噬菌体中插入片段的“分/合” 策 略[J]. 生物化学与生物物理进展,1998,25(5):454

    7 Ohshima T, Kozak CA, Nagle JW, et al. Molecular cloning and chromosomal mapping of the mouse gene encoding cyclin-dependent kinase 5 regulatory subunit p35[J]. Genomics,1996,35(2):372

    8 Chae T,Kwon YT,Bronson R, et al. Mice lacking p35, a neuronal specific activator of cdk5,display cortical lamination defects,seizures and adult lethality[J]. Neuron,1997,18(1):29

    (1999-06-28收稿, 1999-08-30修回), 百拇医药