Spatio-temporally controlled transfection by quantitative injection into a single cell

Transfection-based cellular control has been widely used in biology; however, conventional transfection methods cannot control spatio-temporal differences in gene expression or the quantity of delivered materials such as external DNA or RNA. Here, we present a non-viral and spatio-temporally controlled transfection technique of a quantitative injection into a single cell. DNA was quantitatively injected into a single cell at a desired location and time, and the optimal gene delivery and expression conditions were determined based on the amount of the delivered DNA and the transfection efficacy. Interestingly, an injection of 1500 DNAs produced an about average 30% gene expression efficiency, which was the optimal condition, and gene expression was sustained for more than 14 days. In a single cell, fluorescent intensity and polymerase chain reaction (PCR) results were compared for the quantity of gene expression. The high coincidence of both results suggests that the fluorescence intensity can reveal gene expression level which was investigated by PCR. In addition, 3 multiple DNA genes were successfully expressed in a single cell with different ratio. Overall, these results demonstrate that spatio-temporally controlled transfection by quantitative transfection is a useful technique for regulating gene expression in a single cell, which suggests that this technique may be used for stem cell research, including the creation of induced pluripotent stem (iPS) cells.     

小鼠pLCK-CD69-IRES-EGFP表达载体构建及CD69转基因小鼠的建立

目的构建携小鼠细胞表面活化蛋白CD69和增强型绿色荧光蛋白(EGFP)在细胞内核糖体切入位点(IRES)的表达载体pLCK-CD69-IRES-EGFP, 并基于此创建CD69转基因小鼠。方法首先通过小鼠肺组织提取RNA, 逆转录成为cDNA, 经过PubMed搜索设计PCR引物, PCR法扩增mCD69片断, 接着将该DNA片段经测序验证后接入pInsulater-LCK-IRES-EGFP质粒, 构建pLCK-CD69-IRES-EGFP转基因载体; 再将其转染到293T细胞中, 通过荧光显微镜技术确定其在293T细胞中的表达状况; 最后将载体显微注射入受精卵并移植入假孕母小鼠, 出生小鼠取尾经PCR鉴定获得阳性首建鼠, 并通过荧光显微镜和流式细胞术确定淋巴细胞上CD69的表达。结果经酶切、DNA测序鉴定证实pLCK-CD69-IRES-EGFP表达载体构建成功; 荧光倒置显微镜检查证实其在转染的293T细胞内的蛋白表达; 小鼠取尾PCR鉴定明确CD69转基因小鼠创建成功; CD69转基因小鼠有外周血淋巴细胞的减少及静息状态下CD69的表达。结论成功构建pLCK-CD69-IRES-EGFP表达载体及制备CD69转基因小鼠, 为CD69在炎症性疾病中作用的整体模型研究奠定了基础。     

血管内皮生长因子基因修饰诱导多能干细胞的生物学特性的研究

目的 探讨血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)基因修饰诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPS)的生物学特性。方法 将培养好的iPS细胞分为3组,即N0(纯iPS培养)组、N1(空腺病毒载体转染iPS)组、N2(转染VEGF基因的iPS)组; 3组细胞分别进行传代培养,并采用MTT方法检测转染VEGF基因对细胞增殖的影响; 采用酶联免疫(ELISA)方法检测细胞培养上清液中VEGF的表达水平。结果 转染VEGF基因对iPS细胞增殖没有明显影响; N2组iPS细胞分泌的VEGF蛋白表达水平较N1组显著增加(P<0.05)。结论 经VEGF基因转染的iPS可正常存活生长,并可稳定表达该基因。     

p53基因抑制涎腺腺样囊性癌细胞端粒酶及增殖活性

目的研究外源性野生型p53基因对涎腺腺样囊性癌细胞的抑制作用。方法构建携带野生型p53基因的腺病毒表达载体，以脂质体法转染涎腺腺样囊性癌SACC-83细胞，RT-PCR检测p53基因表达；采用TRAP—PCR—ELISA法检测转染细胞端粒酶活性，荧光素酶分析法检测人端粒酶逆转录酶基因（hTERT）肩动子的转录；流式细胞术、软琼脂集落实验及裸鼠成瘤实验观察细胞生物特性的变化。结果外源性野生型p53基因导入使p53基因在涎腺腺样囊性癌细胞SACC-83中表达增强，其端粒酶活性降低、hTERT启动子转录抑制；转染细胞出现G1期阻滞，软琼脂集落形成率减少，裸鼠成瘤能力降低。结论腺病毒载体介导的外源性野生型p53基因可以抑制涎腺腺样囊性癌细胞端粒酶活性及细胞恶性表型。     

Smad分子在骨形成蛋白2调控成牙本质细胞Ⅰ型胶原基因表达中的作用

目的　研究Smad蛋白在骨形成蛋白 2 (bonemorphogeneticprotein 2 ,BMP 2 )调控小鼠成牙本质细胞系MDPC 2 3内Ⅰ型胶原α2链 [collagenα2 (Ⅰ ) ,COL1A2 ]表达中的作用。方法　细胞免疫组化观察MDPC 2 3细胞内BMP 2细胞内信号分子Smad1、Smad5和Smad6的表达。瞬时转染和报告基因检测观察Smad1、Smad5和Smad6在BMP 2调控COL1A2基因转录中的作用。结果　MDPC 2 3细胞表达Smad1、Smad5和Smad6。BMP 2能诱导含COL1A2基因启动子的荧光素酶报告基因活性。Smad1或Smad5过表达增强BMP 2诱导的COLIA2基因启动子活性 ,而Smad6过表达抑制BMP 2诱导的COL1A2基因启动子活性。过表达Smad1或Smad5突变型载体可以阻断BMP 2的诱导能力。结论　在MDPC 2 3细胞内 ,Smad信号途径存在并发挥功能 ,参与调控BMP 2对COL1A2基因的转录。Smad信号途径可能在BMP 2调控成牙本质细胞分化和牙本质形成过程中发挥重要作用     

永生化成釉细胞瘤细胞株TAM-1的建立

目的：建立永生化的成釉细胞瘤细胞株。方法：应用基因转染方法将SV40Tag整合到体外培养的成釉细胞瘤细胞基因组中，用PCR和RT－PCR检测SV40Tag的表达，单克隆培养筛选出永生化的成釉细胞瘤细胞株。结果：未转染细胞体外存活51d。转染SV40Tag的肿瘤细胞的寿命延长，克隆细胞生长良好，呈小多边形，传代25次后仍保持生长旺盛，命名为TAM－1。结论：SV40Tag可整合到釉细胞瘤细胞基因组中，并获得稳定表达，转染SV40Tag的成釉细胞 瘤细胞株TAM－1获得了永生性。     

新型重组人血小板衍化生长因子B腺病毒载体的构建与转染牙周干细胞的研究

目的 构建人血小板衍化生长因子B(platelet-derived growth factor-B,PDGF-B)重组复制缺陷型腺病毒载体,使其感染牙周韧带干细胞(periodontal ligament stem cells,PDLSC)并检测其相关生物学变化.方法 采用常规分子生物学方法,构建重组穿梭载体PAdTraekCMV-PDGF-B,用Pine I酶线性化后,线性化质粒在细菌BJ5183内与腺病毒骨架载体质粒AdEasy I同源重组,构建重组腺病毒质粒pAd-PDGF-B,在HEK293细胞中包装成重组腺病毒Ad-PDGF-B.Western blotting法检测其在HEK293中的表达情况,同时利用包装好的病毒感染PDLSC,用免疫组化的方法鉴定PDGF-B在细胞中的表达;采用甲基噻唑基四唑(MTr)法检测感染病毒后PDLSC的增殖变化,用反转录聚合酶链反应(RT-PCR)检测感染后细胞分泌I型胶原的变化.结果 重组缺陷型腺病毒载体经限制性内切酶酶切分析鉴定,与预期结果一致.重组质粒转染HEK293细胞3 d后即可观察到绿色荧光蛋白(green fluorescence protein,GFP)明显表达,Western blotting检测证实PDGF-B表达.重组病毒能够感染PDLSC并表达蛋白,MTT结果显示感染Ad-PDGF-B后的PDLSC增殖能力明显加强.在感染后第4天,感染Ad-PDGF-B后的PDLSC组吸光度值为(0.68±0.02),与对照组相比差异有统计学意义(P＜0.01).同时I型胶原表达量增高.结论 利用新型腺病毒载体AdEasy系统可快速构建同时表达EGFP和PDGF-B的重组复制缺陷型腺病毒Ad-PDGF-B,此病毒能够感染PDLSC并促进其增殖,同时增强I型胶原的表达,为牙周病患者牙周组织再生和种植体周韧带重建的基因治疗奠定基础.     

转铁蛋白受体1对淀粉样蛋白前体/早老素1转基因小鼠神经元的保护作用

目的 探讨转铁蛋白受体1(TfR1)在淀粉样蛋白前体（APP）/早老素1（PS1）转基因小鼠脑内异常表达情况及其对阿尔茨海默病（AD）神经元的保护作用。 方法 首先,利用免疫荧光及Western blotting技术检测出生后1月（P1M）至P12M各发育时间点,APP/PS1转基因小鼠与野生型小鼠大脑TfR1的表达情况;其次,取APP/PS1转基因与野生型新生小鼠原代海马神经元培养,培养12 d后利用TfR1 shRNA质粒干扰TfR1基因的表达,利用Western blotting技术检测干扰后细胞TfR1的表达变化;ELISA技术检测TfR1干扰前后细胞β-淀粉样蛋白(Aβ)_1-42的分泌量;利用微管相关蛋白2(MAP2)标记神经元突起,观察TfR1干扰前、后神经元突起的生长变化;最后,利用FM1-43染色观察由TfR1介导的轴质运输中囊泡的运输情况。 结果 在APP/PS1转基因小鼠生长发育过程中,随着年龄的增长TfR1的表达呈现先增加后减少的趋势,在P6M之后明显降低,且与对照组相比差异有显著性;TfR1 shRNA 干扰后可以使原代神经元细胞内TfR1基因沉默,使其突起明显变细、变长并影响囊泡的运输。与对照组相比,TfR1基因在APP/PS1转基因小鼠原代神经元中表达量减少,荧光减弱。 结论 APP、PS1基因突变可导致TfR1的表达下降;APP/PS1转基因小鼠原代神经元经TfR1 shRNA干扰Aβ_1-42分泌量增多,影响神经元突起的生长,使轴质运输速率减慢,囊泡的活动减缓,加重AD病情。故TfR1的表达可以对神经元起到保护作用。     

声诺维联合超声介导视网膜色素上皮细胞基因转染的辐照条件优化研究

目的探讨微泡造影剂声诺维联合超声介导绿色荧光蛋白质粒转染人视网膜色素上皮(RPE)细胞的最佳辐照条件。方法人RPE细胞培养在24孔板,质粒用量为2μg/孔,分为不处理组、质粒 超声辐照组、造影剂浓度组、超声声强组、辐照时间组、声波形式组6组,每组5个细胞孔数,超声探头紧贴培养板底部辐照,72h后流式细胞仪测基因转染率,四甲基偶氮唑蓝法(MTT)测细胞活性。结果处理组转染率均大于不处理组(P<0.05)。加入浓度为20%的造影剂,以1W/cm2,50Hz、100Hz的脉冲波和连续波分别辐照1min,细胞生存率逐渐下降。20%的造影剂,50Hz的脉冲波,声强为3W/cm2,辐照1min组转染率最高(20.88±3.74)%,而细胞生存率为82.57%。20%的造影剂,50Hz的脉冲波,声强为2W/cm2,辐照1min组转染率为(15.73±2.52)%,细胞生存率为91.32%。结论20%的造影剂,2W/cm2,50Hz脉冲波辐照1min是RPE细胞基因传染的最佳辐照条件。     

Tip30真核表达载体的构建及其在HepG2细胞中的表达

目的：探讨人Tip30全长基因的真核表达载体pAAV-TIP30的构建,并观察其转染肝癌细胞株HepG2后的表达。方法：以正常人肝组织mRNA为模板,用RT-PCR方法扩增Tip30,利用限制性内切酶BamH I和Xba I,将Tip30基因克隆到真核表达载体pAAV-MCS中,并经酶切和测序鉴定。重组质粒转染HepG2细胞,运用Western blot法检测Tip30蛋白表达。结果：RT-PCR方法正确地扩增出全长Tip30基因。限制性内切酶酶切和测序结果证实Tip30基因克隆完全正确。重组质粒转染肝癌细胞系HepG2后,Western blot证实Tip30蛋白表达增高。结论：成功构建了真核表达重组质粒pAAV-TIP30并转染HepG2细胞,为进一步研究Tip30基因对肝癌的影响及其机制打下了基础。