动物科学与动物医学 2002年5月第19卷第5期(总第83期) 25 轮状病毒VP4基因的克隆与核苷酸序列分析 王鹏雁 ,陈创夫 ,余 龙。,徐若然。,涂长春。。张高轩 (1.新疆石河子大学动物科技学院,新疆石河子832003; 2.解放军军需大学军事兽医研究所,吉林长春130062) 摘要:用反转录聚台酶链式反应(RT PCR){更术,从鞋姨病毒感染的细胞中扩增了816bp的VP4 片段中抗原表位区 通过T4 DNA连接酶将其直接连接干克隆载体质枉pGEM T上,转化至受体 菌DH5 中 提取盾柱经PCR扩增、酶切鉴定.证明重组质粒pT—V4中台有靶虢病毒的VP4基固 片段。经棱苷馥序列分 ,表明克隆了轮状病毒主要儡护性抗原VP4基固中抗犀表位区= 关键词:靶状病毒;保护性抗原・VP4基医;基固竟隆 中圈分类号:s852.65 9.4 文献标识码 A 文章编号 1008—9381(2002)05—0025—04 轮状病毒(Rota virus RV)属于呼肠孤病毒科 产品;AMV反转录酶、RNasin、dNTP、pfuDNA聚 (Reoviridase)轮状病毒属(Rotaviras)又名双层病毒 合酶、Taqplus DNA聚合酶、T4.DNA连接酶为大 (Duoviruses1,是引起婴幼儿和各种幼龄动物非细 连宝生物公司产品;质粒提取用试剂盒、DNA片段 菌性腹泻的主要病原之一。RV性腹泻是一种世界 回收与纯化试剂盒为北京鼎国公司产品;pGEM—T 性传染病。在动物性腹泻中,自首次报道来,世界各 载体质粒为Promega公司产品。 地陆续发现了RV性腹泻。我国亦有猪、牛、羊、犬、 1.3细胞 兔和多种禽类的RV感染报道,并已发现或分离鉴 MA一104细胞为军需大学病毒室传代,一70c 定了病毒 一。动物感染RV后对生产和生长有较大 保存.按常规方法培养、传代,生长液为含有5 小 影响,造成严重的经济损失。目前疫苗预防是控制此 牛血清、3 的谷氨酰胺、双抗的MEM.pH值7.2~ 病的最佳选择。随着分子生物学深人研究.现已明确 7.4;维持液为不含血清的MEM。 RV的外壳蛋白VP4不但是RV血清型分型依据, 1.4引物的设计 而且是主要的保护性抗原 。] 因此,利用基因工程 根据对从GenBank获得的RV毒株VP4序列 技术,将VP4基因表达出来作抗原,已成为国内外 所作的同源性分析结果,设计了两对简并引物,引物 轮状病毒基因工程苗研究的主要方向。 核苷酸组成如下: 本研究用反转录聚合酶链式反应(RT—PCR)技 VP4的引物: 术,从轮状病毒感染的细胞中克隆了81 6bp的VP4 pFV4:5'-GG CTA TAA AAT GGC TTC一3。 片段。核苷酸序列分析表明,克隆的VP4片段包含 pRV4:5'-TCT(AG)TT(AG)(TC)A(TC) 了VP8*片段、胰酶作用区及VP5*片段N端一部 TG CAT TTC TTTCC一3’ 分,涉及了RV的抗原区,对于轮状病毒疫苗的研制 扩增VP4基因中包含VP8*片段、胰酶作用区 具有重要意义,为下一步基因工程苗的开发打下了 及VP5*片段N端一部分81 6bp的基因片段;引物 基础。 由上海生物工程公司合成。 1材料和方法 1.5病毒的接种、收获 1.1病毒与菌株 细胞长成单层后准备接种。接毒前病毒用2O 猪RV为军需大学军事兽医研究所病毒室分离 #g/mL的酶作用30 rain,然后用无血清的MEM将 保存;受体菌株DH5e为军需大学军事兽医研究所 单层细胞洗两遍,按1 的量接种病毒,37℃温箱孵 保存 育1~2 h后,将病毒液倒掉,补足营养液37c、5 1_2试剂 CO:培养,每天观察病变,当CPE达到9O 时收毒 RNA提取用TRlzol试剂为GIBCOBRL公司 备用。 维普资讯 http://www.cqvip.com
26 AnimaI Science 8L"Veterinary Medicine Vo1.19 No.5(Total No.83) 1 6轮状病毒总RNA的提取 R_\A 用TRlzol试剂,按说明书操作,从收集细胞中 提取总RNA。提取的RNA取样在1 琼脂糖凝胶 上进行电泳检查总RNA的完整性 1.7 RT—PCR扩增目的基因 2 2病毒总RNA的提取由RV感染MA104细 胞提取的总RNA琼脂糖凝胶电泳结果见图1 由图 可见提取的总RNA很完整,没有降解 2 3 RT PCR用提取的总RNA为模板反转录成 cDNA后,经PCR扩增在l 琼脂糖凝胶中检查. 以DL2000为Marker,在750 bp与1 000 bp之问 取提取的RNA 10 uL 100C加热2 min,使双 链RNA变性,冰浴2 min后瞬时离心.再加入5× AMV Buffer 4 L+dNTPs 2 L;下游引物1 I (25 m0l/ L);RNasin 1 L;反转录酶AMV 2 L;后 扩增出与预期大小相符的条带.约为8]6 bp,结果 用水补齐20止的反应体系 42C反转录1 h 取一 洁净灭菌的0 2mL的EP管,在50 uL反应体系中 加入:10XPCR Buffer 5 L;dNTPs(2.5 mmo1)4 L}上游引物l L;下游引物1 I ;cDNA 2 L} Taqplus 0.2止;ddH O 36.8 L。反应条件为: VP4:94℃预变性5 rain一94℃30 s一43℃30 s一72℃ 90 S,3O cycles后72℃7min 反应结束后取5 L PCR产物1 琼脂糖凝胶上进行电泳,观察,照相 1.8 VP4基因的克隆 见图2 圈-,-3 囤1感染细胞提取的RV总RN.、 Marke F J)L209u 将含有目的基因片段的DNA溶液与Loading Buffer混合.在1 琼脂糖凝胶中,以5~7 V/cm的 电压在l×TAE中电泳至目的片段与杂带完全分 离,在长波紫外灯下切取含有目的片段的凝胶条,然 后用鼎国的DNA片段纯化和回收试剂盒回收目的 基因片段。方法按说明书操作。将回收的目的片段 连接T一载体,转化大肠杆菌DH5a,蓝白斑筛选转化 菌落,快速鉴定阳性菌落,小提质粒经酶切、PCR分 析和检视j阳性重组子。 L 9核苷酸序列分析 盈2 VP4 PCR产物 2.4 目的片段的回收纯化 用鼎国的回收试剂盒 对目的片段进行纯化,纯化后的产物取1 uL在1 采用Sanger’S双脱氧末端终止法用T7聚合酶 以通用引物对重组质粒中的插入片段进行序列测 定。 琼脂糖凝胶中检查.结果无非特异性带存在。 2.5 VP4基目的克隆 将回收的目的片段经T4 DNA连接酶与pGEM—T载体连接后,转化受体菌 DHSa,布于含有AMP的I B琼脂平板上,37 c培养 MA104细胞常规传代.细胞形 12 h,挑取其中几个白斑菌落,接种含有AMP的 LB培养液,37 C过夜培养后,采用cracking buffer 2结果 2.1病毒的培养态正常时按1 量接种RV后继续培养。在接毒后 l0 h出现CPE。细胞边界开始模糊不清;l3 hCPE 快速抽提质粒.进行1 琼脂糖电泳.结果含有目的 片段的重组质粒迁移率比载体的迁移率慢(见图 较明显。细胞聚集.呈岛屿状;细胞融合.有合胞体形 成;出现核固缩,空泡化;太片脱落区{没有脱落的细 胞出现拉网现象,细胞变细,胞浆相连;此时CPE达 9O 以上.故一部分收毒冻存;一部分冻融三次,取 一3)。同时酶切、PCR重组质粒,可扩出与预期大小相 符的条带。从而表明.已克隆出了VP4基因并成功 构建了含有VP4基因的重组质粒PT—V4。 2.6 VP4基因的核苷酸序列分析 为了证明插入 管离心后用上清进行EM检查病毒粒子.可见 RV的典型车轮状粒子.照相保存。用冻融三次后的 病毒再进行2代传毒,出现同样较明显的CPE,2O h 的重组质粒PT—V4中的VP4基因片段的正确性, 利用双脱氧末端终止法测定了其核苷酸序列。分析 结果表明,插入的VP4基因的阅读框架是正确的。 收毒冻存,取其中一瓶的细胞抗淀准备提病毒的总 维普资讯 http://www.cqvip.com
动暂科学与动物医学 2002年5月第l 9卷第5期(总第83期) FYI IPRNQEEKCT EYlNHGLPPl QNIRNvvPVS 而且,其核苷酸序列与国外报道的核苷酸序列同源 性分别为:VP4:66 4 ~92.5 ;氨基酸的同源性 分别为:VP4:62.8 ~95.5 ;核苷酸序列及推导 的氨基酸序列如图4所示 LSAREIVHTR AQVNEDIVVS KTSLWKEMQC NR b a:VP4的核苷酸序列b:VP4的核苷酸序列推导的氨基酸 圈4 VP4的核苷睦序列爱推导的量基睦 3讨论 VP4是由第4基因节段编码的非糖基化,有血 凝活性的蛋白。大部分RV的VP4长2 362 bp,但 Huang J.A.et a1.(1 993)在对澳大利亚3个猪RV 测序分析时发现MDR—B的VP4长2 368 bp,比报 道过的最长VP4还长6个bp。将不同RV代表株的 1,3.9 PT—V 2 pGEM I VP4基因插入杆状病毒载体,构建成能表达VP4的 重组体,后用这种VP4蛋白免疫肠鼠制备了抗VP4 抗体并用这种抗血清建立的RV分型中和试验即P 血清型(Gorziglia 1990 padila—NoriegaL 1993, 图3 VP4 Plasmid GGCTATAAAA TGGCTTCGCT CATTTATAGA CAAC TACTTA C I’AATTCATA CACAGTCAAT CTTCCT GACG AAATTCAAGA GATTGGATCA GCTAAGT CACAGGATGTTAC TATAAATCCT GGTCCATTCG CACAAACAGG TTATGCACCA GTTAATTGGG Sereno MM 1994) 。其中P5以后多见于动物。应 当指出的是,在Gorziglia等建立的分型方法之前, 还有根据VP4核苷酸序列推断出氨基酸序列并作 了分析,按用源性高低而作的RV VP4分型,用此 法可将RV分成15个VP4型(Estes MK 1 989, Sere110 MM 1994,Gerna G, 日t1.1 994) Gorziglia GAGCAGGTGA ( ACTAATGAC TCCACAACTG TC GAGCCGTT ATTAGATGGT CCATACCAAC CAAt"一 CACTTT CAATCCACCA ACAAGCTATT GGGTAC TACT TGCGCCAACT GTAGAGGGCG TAATTATTCA AGGAACAAAC AATACCGATA GATGGTTGGC CAC— 等认为P血清型这个名称应当用于鉴别RV的 TATACTA ATTGAACCAA ACGTACAAAC AAC VP4抗原性方面,建议用VP4序列分析所作的RV 分型称为基因型,以示区别,实际上这两种分类方法 完全一致,例如PIA血清型都属于基因8型。 TAACAGA ATATACAATC TTTTTGGTCA GCAAG TAACT TTATCG( TGG AGAATACGTC ACAGACA CAA TGGAAGTTCA TTGATGTGAG TACAACTACG Rv的VP4位于病毒颗粒表面,并形成脊状突 起。研究表明,VP4有许多功能,包括病毒血凝素, CCAACAGGAA GTTATACGCA GCACGGACCA TTGTTCTCTA CACCAAAATT ATACGCTGTA AT— GAAATTCA GTGG_rAGAAT ATATACATAT AATG GAACCA CACCAAACGC AACAACAGGA TAC— 细胞附着和穿人,与病毒毒力有关,在组织培养中与 限制增殖有关,并对胰蛋白酶敏感(Greanberg HB 1 983,KMica AR,1983.0ffice PA,1 986,Mut— TATTCAA C I’ACTAATTA TGACACAGTA AATAT GACAT CATTTTGTGA TTTTTATATT ATA( ( AA tion NM 1994,Estes MK 1 996)。进一步研究证实, VP4在胰酶作用下可裂解为带氨基末端的VP8* (28 000、aa1 240)与带羧基端的VP5*(60 000、 aa248—775)两个片段 VP4作为病毒主要的交叉中 和抗原,其中和抗原位于保守的VP4抗原表位区, Estes和Cohen,Larralde等一 均认为VP8*片段 GAA ATCAAGAA( A AAAATGTA( T GAGTATATCA ATCATGGAT I ACCTCCTATA CAAAATACAA GGAATGTT( T GCCAGTATCT TTATCGGCTA GAGA GATAGT GCACACAAGA GCTCAAGTTA ATGAG GATAT TGTT( TTTCA AAAACTTCAC TTTGGAAA— GA AATGCAA I、GC AACAGA a 包含了VP4主要抗原位点 氨基酸序列测定发现, GYKMASLIYR QI I TNSYTV I PDEIQElGS AKSQD— VTl P GPFAQTGYAP V WGAGETND STTVEPLLDG PYQPTTFNPP TSYWVI I APT VEGVIIQGTN NTDR WLATll lEP VQTTNR IY LFGQQVT LSVENTSQTQ WKFIElvSTT1、PTGSYTQHGP I FSTPKLYAV MKFs. GRIYTY NGTTPNATTG YYSTTNYDTV NMTSFCD— aa247和aa241及附近的aa序列是高度保守,其保 守性在无毒力的RV中比有毒力者中更高,且此区 域负责VP4血清特异性中和反应。Larralde等 (1 991)报道在VP8*片段aa80—18O区为VP4血清 型特异位置,并认为仅对这一区域测序即可判定 VP4型别,且VP8-R"片段在相同VP4血清型间表 维普资讯 http://www.cqvip.com
28 Animal Science&Veterinary Medicine Vd.19 No,5(TotM No.g3) 现为高度保守,而VP5*片段抗血清则在不同P型 间有交叉反应。肖玮等 (1998)对北京地方株VP4 血清型特异片段编码基因的序列分析也显示,此区 域AA在不同型之间高度变异,而在同型间高度保 守,表明此区构成VP4中和反应抗原位点,与Go— riziglia的结果一致。Qfan(1991),Taniguchi(1998) 胰酶裂解片段VP8*上。国内也有人克隆了人的 VP4部分或全长基因,但是动物中未见有野毒株 VP4基因的克隆。为此,我们扩增并克隆了分离株 猪RV的VP4中涉及抗原活性的部分基因,为下一 步研制基因工程苗提供了理想的基因材料。 参考文献 等也认为此区间可用于VP4的分型及探针分析。关 于胰酶作用位点,多报道在aa240、aa246中,且几乎 所有毒株中保守,aa245处的潜在作用位点可促进 胰酶作用,从而与毒力密切相关 孙茂盛(1997) 用重组杆状病毒表达了病毒SA1l株的VP4蛋白, 表达的VP4蛋白能被抗RV的Ab所识别,表达产 二版 1 殷震,刘景华等,动物病毒学[M].北京:科学出版社,第 2 Kapikian A Z,Chanock R M.Rotaviruses.In:Fields B N—Knipe D M,Chanock R Mt et a1.eds.Virology. Neve York:Raven Press.1990,1353-1【404 3 Q’Ryan M L,et at.J Infect Dis,1990:1 62(4):810—816 物占总蛋白的10 ,免疫动物后可产生高水平抗 SA一11的中和Ab,Ab能阻断sA11病毒在MA104 细胞上的CPE,说明重组杆状病毒表达的VP4蛋白 具有良好的抗原性和免疫原性。陈元鼎等(1997) 。 。以昆虫病毒FHV外壳蛋白为载体的外源抗原表位 表达系统(FHV—RNA2载体系统).在PET一3和重 组杆状病毒系统中构建和表达了VP4胰酶切割位 点区上、下游和重叠区3个AA片段,结果表明这些 AA序列具有很强的免疫性,可诱导豚鼠产生很强 的血清中和抗体。1998年他们进一步研究了这些抗 原表位,结果表明,这些表位所诱导的动物血清抗 体,具有广泛识别同源及异源血清型RV抗原的能 力,以及体外中和这些同源及异源血清型RV病毒 感染性的能力,结果提示RV胰酶切割位点区的 AA序列具有重要的免疫学功能.可以作为新一代 RV抗原表位亚单位疫苗的候选疫苗抗原 目前国外已成功克隆了VP4全基因并测定了 其桉苷酸序列,且已报道了VP4上抗原表位位于其 4 J,萨姆布克E,F等[美],金冬雁等译.分子克隆实验指 南[M].北京 科学出版社.第2版.1992 5 Estes M K,Cohen.J Rotavirus gene structure and func— tion口].Microbiol,Rev.I 989,53i410 449 6 Larralde G t Li B—Kapikian A Z,et a1.Serotype—specific epitope(s)present on vp8 subuni of rotavirus VP4 pro— tein[J],J Vito1.1991.65 3213 3218 7 Gorziglia M G,Larralde G.Kapikian A Z,et a1.Anti— genic relationships among human rotaviruses as deter— mined by outer capsid protein VP4[J3.Proe.NatI.A. cad.Sci USA.1 990.87(18):7l 55 7159 8 I.arralde G,Gorziglia M G—el a1.J.VlroI.1992,66: 438 7443 9 肖玮,钱渊等.人A组轮状病毒北京地方株VP4血清型 特异片段编码基因的序列分析_】]微生物学报,1∞8,38 (3):197-203 10孙茂盛等,中国医学科学院学报,1997,19(1):48—53 11陈元鼎,刘名英,赵玮等.重组轮状病毒SA11VP4抗原 表位诱导广泛交叉中和抗体反应口:.中国病毒学, 1998.13(1):57—63 Gene Cloning and Sequencing of Rotavirus VP4 Wang Pengyan=l=tYu Xinglong tChert Chuangfu:。,Xu Xingran-。.Tu Changchun[。.Zhang Gaoxuallt【口 (1.Animal Science Institute of Shihezi University,Shihezi Xinjiang,832003; (2.Department of Animal Virotogy,Changchun University of Agriculture and Animal Science Changchun Jilin 1 30062) Abstract:The antigenic determinants of Rotavirus VP4 genes were amplyfied from cell infected by rotavirus by reverse tran scription—polymerase chain reaction(RT—PCR),thelenth oftarget geneswas 816bp and.The products ofRT—PCRwereligat— ed with piasmid pGEM—T and transformated to E.coli DHSa.By the a ̄alysis of restriction endon ̄c]ease and PCR.the frag merits of VP4 we他cloned and the recombinant plasmids PT V4 xNey ̄construetedshowed that the inserted genes had positive reading frame. .The rE-s ts of nucleotid seqliencinE Key words:rotav Jru¥;neutralization antigen ̄gene cloning (收稿日期:2002一O卜31)
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