广州管圆线虫脂肪酸与视黄醇结合蛋白(AcFAR)基因的克隆表达及其免疫学功能初步研究

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广州管圆线虫(Angiostrongylus cantonensis(Chen,1935) Dougherty,1946)广泛存在于热带和亚热带地区,系以动物为宿主的寄生虫,主要寄生于鼠肺部血管,陈心陶(1933,1935)首先在广州的家鼠和褐家鼠体内发现该虫,命名为广州肺线虫(Pulmonema cantonensis Chen),1937年在台湾报道,1946年订正为本名。在一些情况下,广州管圆线虫也可侵入人体,成为引起人体嗜酸性粒细胞增多性脑膜炎或脑炎的重要病原体。人生吃或半生吃含有广州管圆线虫活幼虫的福寿螺或淡水鱼、虾、蟹后即可感染。 广州管圆线虫病是由广州管圆线虫的幼虫(偶或成虫)寄生于人的中枢神经系统所致的疾病。该病为人兽共患病,主要临床表现为剧烈头痛、头晕、恶心、呕吐、发热、昏迷、精神失常、颈项强直等脑膜炎刺激征。严重者可造成死亡或有后遗症。 目前在我国有报道的广州管圆线虫中间宿主有福寿嫘(Pom acea canaliculata,Lam arck,1822)、褐云玛瑙螺、皱疤坚螺、短梨巴蜗牛、同型巴蜗牛、中华园田螺、环棱螺及蛞蝓等。随着饮食的多样化,福寿螺养殖范围的扩大和交通运输的日益发达,生吃水生植物、半生螺类、喝生水或食用吞入了螺苗级螺的小鱼小虾已成为一些人的习惯,特别是福寿螺养殖后管理不善,加速了广州管圆线虫病的传播。因螺苗级螺较小,误吃了也不易被发现,因此就诊时患者常否认食用过螺,从而增加了医生的诊断难度,造成人为的误诊而耽误治疗。 本病出现南病北移的趋势。该病2006年6-9月在北京局部小规模的爆发即是这一趋势的最新印证。该病发病率近年来明显上升。 目前,有关广州管圆线虫的生长发育、致病机制以及高效快速诊断方法的研究正在逐步进行,这些研究的全面开展对广州管圆线虫病的防治具有重大意义。 广州管圆线虫病诊断目前主要是以病原学检查和血清学检查为主,根据病人发病前2周内有进食未煮熟的淡水螺肉、蜗牛肉等饮食史,结合有脑膜脑炎的临床表现,周围血液及脑脊液中嗜酸性粒细胞明显增多,病原治疗效果好等可作出本病的临床诊断。但明确诊断则有赖于在脑脊液中发现广州管圆线虫幼虫,在血清、脑脊液中检出特异性可溶抗原和(或)特异性IgM、IgG。广州管圆线虫病目前的诊断方法血清学检查,它的诊断抗原主要是粗抗原、代谢抗原等。由于天然抗原存在来源困难,难以标准化的问题及检出的特异性和敏感性不是很理想,因此,有必要建立一种快速、敏感、特异的免疫诊断方法。应用基因工程技术合成重组抗原,不仅可以解决天然抗原的来源不足问题,同时可望进一步提高诊断的敏感性和特异性。 研究发现,蛋白质抗原并非通过其完整分子发挥功能,而是通过其表位体现其特异性。脂肪酸与视黄醇结合蛋白(fatty acid—and retinol—binding protein,FAR)为一类既能结合脂肪酸,又能结合视黄醇(维生素A)的蛋白家族。它们富含α螺旋、大小约为20000 Mr,迄今只在线虫中发现,在其它动物中还没有发现有相应蛋白。线虫脂肪酸与视黄醇结合蛋白(FARs)能促进脂肪酸和视黄醇的摄取、运输和分布到特定组织部位,在线虫寄生生活中起关键作用,与线虫的致病、侵入宿主有关。找到一个合适的抗原表位,就可能研制出针对该抗原的抗体或疫苗。FARs是与寄牛线虫致病、寄生生活有关的重要分子,有必要探讨FARs及其表位在广州管圆线虫体内的作用。 研究目的: 从广州管圆线虫幼虫cDNA噬菌体文库中,识别出脂肪酸与视黄醇结合蛋白(fatty acid and retinol—binding protein)基因(命名为AcFAR)全长cDNA编码序列,对其结构进行理论分析、功能预测以及表位分析;克隆全长基因和表位基因并原核表达,获得重组蛋白;分析AcFAR全长基因免疫反应性并鉴定其在广州管圆线虫幼虫发育阶段的表达,初步探讨AcFAR全长基因和表位基因的相互识别,并为研究其在生长发育和致病过程中所起的作用奠定基础。 研究方法: 1、AcFAR基因的生物信息学分析 广州管圆线虫幼虫cDNA噬菌体文库进行表达序列标签(expression sequence tag,EST)随机测序和unigene归并、拼接,获得多个广州管圆线虫幼虫全长基因。用BLASTx方法搜索GenBank中与之同源的蛋白序列,从中识别出AcFAR基因。利用生物信息学软件Motifscan、Predictprotein、SignalP、Swiss—Model等对该基因进行结构和功能分析,预测AcFAR蛋白的空间结构和功能。 2、AcFAR基因的克隆、表达、纯化和免疫原性、免疫反应性分析 2.1 AcFAR基因的扩增、克隆 根据目的基因的ORF和原核表达质粒pET—28b(+)酶切位点,利用软件DNAClub和PCRdesign设计引物,PCR扩增AcFAR基因,限制性内切酶NcoⅠ、xhoⅠ双酶切空质粒pET—28b(+)和PCR产物,T4连接酶连接。用PCR、酶切及测序鉴定重组质粒。 2.2 AcFAR基因的表达和纯化 将pET—28b(+)—AcFAR重组质粒转化大肠杆菌BL21/DE3中,在IPTG诱导下表达融合蛋白,并经SDS—PAGE鉴定,重组蛋白上清用亲和层析纯化。 2.3 AcFAR重组蛋白的免疫原性和免疫反应性分析 2.3.1免疫血清的制备 用纯化的AcFAR蛋白免疫SD大鼠,制备大鼠抗AcFAR重组蛋白的免疫血清,并进行血清预吸附。 2.3.2感染广州管圆线虫SD大鼠血清的制备 收集福寿螺,取出螺肉,剁碎,20ml消化液/g螺肉(0.2%的胃蛋白酶(w/v),0.7%盐酸(v/v),37℃温育2h,光学解剖镜下挑出广州管圆线虫第Ⅲ期幼虫。收集广州管圆线虫第Ⅲ期幼虫,灌胃感染。感染成功后取血,分离血清,—80℃保存备用。 2.3.3 AcFAR的免疫原性和免疫反应性分析 通过Western blotting方法,分别用上述制备的大鼠血清为一抗,分析纯化的重组蛋白的免疫原性和免疫反应性。 2.4 AcFAR在幼虫阶段的表达 Trizol法提取总RNA,反转录成cDNA,用特异性引物,以cDNA为模板扩增目的基因,判断目的基因在幼虫阶段的表达情况。 3、广州管圆线虫AcFAR表位基因的原核克隆表达及其与全长蛋白的相互识别 3.1 AcFAR表位基因的扩增、克隆 利用http://tools.immuneepitope.org/tools的BepiPred分析工具预测B细胞线性表位,根据原核表达质粒pGEX—4T-1(+)酶切图谱选择酶切位点,由上海英骏生物技术有限公司合成带有酶切位点的表位,限制性内切酶EcoRⅠ、XhoⅠ双酶切空质粒pGEX—4T-1(+),T4连接酶连接。用测序鉴定重组质粒。 3.2 AcFAR表位基因的表达和纯化 将pGEX—4T-1(+)—表位重组质粒转化大肠杆菌BL21/DE3中,在IPTG诱导下表达融合蛋白,并经SDS—PAGE鉴定,重组蛋白上清用亲和层析纯化。 3.3 AcFAR表位重组蛋白和全长重组蛋白的相互识别 3.3.1免疫血清的制备 用纯化的AcFAR表位蛋白免疫SD大鼠,制备大鼠抗AcFAR表位重组蛋白的免疫血清,并进行血清预吸附。 2.3.3 AcFAR表位重组蛋白与全长重组蛋白的相互识别 通过Western blotting方法,一抗(1:1000)分别用大鼠阴性血清,全长免疫大鼠血清;二抗(1:2,000)为兔抗大鼠IgG—HRP溶液,分析广州管圆线虫幼虫AcFAR表位重组蛋白与AcFAR重组蛋白抗血清的识别;一抗(1:1000)分别用大鼠阴性血清,全长重组蛋白免疫大鼠血清,小鼠阴性血清,表位重组蛋白免疫大鼠血清;二抗(1:2,000)为兔抗大鼠IgG—HRP溶液,羊抗小鼠IgG—HRP溶液,分析广州管圆线虫幼虫AcFAR重组蛋白与AcFAR表位重组蛋白抗血清的识别。 研究结论: 1、从广州管圆线虫幼虫的cDNA文库中识别出AcFAR基因,AcFAR全长654个核昔酸,编码181个氨基酸,含有1个线虫脂肪酸与视黄醇结合蛋白位点。 2、成功构建了pET—28b—AcFAR原核表达载体,细菌培养物经过IPTG诱导表达出重组蛋白,纯化得到重组蛋白。ELISA结果显示AcFAR重组蛋白能够刺激大鼠产生特异性抗体。Western Blotting结果表明该重组蛋白具有免疫原性和免疫反应性。 3、RT—PCR结果显示:该基因在幼虫时期有表达。 4、成功构建了pGEX—4T-1(+)—表位原核表达载体,细菌培养物经过IPTG诱导表达出重组蛋白,纯化得到重组蛋白。细菌培养物经过IPTG诱导表达出重组融合蛋白,纯化得到重组蛋白。Western Blotting结果表明表位synt_B57-64的重组蛋白可以被AcFAR重组蛋白抗血清识别,synt_B108-119的免疫血清识别可以识别AcFAR重组蛋白。
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