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EB病毒DNA聚合酶基因的表达与纯化及其在鼻咽癌病人诊断中的应用

EB病毒DNA聚合酶基因的表达与纯化及其在鼻咽癌病诊断中的应用

病毒学报 2000年第3期第16卷 病毒学诊断

作者:唐慰萍 黄滨 李伯军 周为民 皮国华 谷淑燕

单位:唐慰萍(广东医学院病理教研室 湛江 524023);黄滨 李伯军 周为民 皮国华 谷淑燕(中国预防医学科学院病毒学研究所 北京 100052)

关键词:EB病毒;DNA聚合酶;诊断;鼻咽癌

  摘要 以Epstein-Barr病毒(EBV)DNA聚合酶为抗原,建立了简便、快速、敏感和特异的鼻咽癌诊断方法。构建原核表达载体pRSET-DNA聚合酶及其亚克隆pRSET-A1和pRSET-A2,在BL21(DE3)中表达的产物,经Western-blot检测其抗原性并用于检测鼻咽癌(nasopharyngeal carcinoma,NPC)病血清中的抗体。在NPC病血清中存在抗EB病毒DNA聚合酶的IgG抗体,并证明DNA聚合酶的抗原性主要集中于后2/3片段(A2)上。Western-bolt检测A2/IgG抗体的敏感性和特异性分别为80%和100%。对46份NPC病血清和46份非NPC头颈癌症病血清,用ELISA检测A2/IgA,敏感度为89%,特异度为93%。初步建立了ELISA检测NPC病血清中A2/IgG抗体的方法,获得较高的敏感性和特异性。

  中图分类号:R373;R739.63   文献标识码:A

  文章编号:1000-8721(2000)03-0258-04

Study on the Expression and Purification of Epstein-Barr Virus DNA

  Polymerase and Its Application to Diagnosis of Nasopharyngeal Carcinoma

HUANG Bin,LI bo-jun,ZHOU Wei-min,PI Guo-hua,TANG Wei-ping,GU Shu-yan(Institute of Virology, Chinese Academy of Preventive Medicine, Beijing 100052, China)

  Abstract: In order to establish a simple, rapid, sensitive and specific assay for diagnosis of nasopharyngeal carcinoma (NPC), we prepard Epstein-Barr virus (EBV) DNA polymerase antigen by genetic engineering. DNA polymerase was expressed in BL21(DE3) using pRSET vector. The expressed product was characterized by SDS-PAGE and Western-blot. The IgG antibody angainst DNA polymerase of EBV in sera of NPC patients can be testified by expressed DNA polymerase through Western-blot and ELISA. The DNA polymerase is divided into the front 1/3 and the last 2/3 A2 parts, on A2 the antigenicity of DNA ploymerase locates. The sensitivity and specificity of Western-blot for detecting A2/IgG antibody was 80% and 100% respectively. The ELISA test established to detect A2/IgG antibody in sera of 46 NPC patients and 46 non-NPC patients also showed high sensitivity (89%) and specificity (93%).

  Key words: Epstein-Barr virus; DNA polymerase; diagnosis; nasopharyngeal carcinoma

  EB病毒与鼻咽癌(NPC)关系密切[1]。通过检测EB病毒抗体以早期诊断NPC是提高NPC病存活率的重要手段[2]。用基因工程手段表达和纯化的蛋白和多肽为抗原,建立简便、快速、灵敏、特异的诊断方法,是目前NPC诊断的主要发展方向。例如DNA聚合酶,是由EB病毒BamHI A片段左向的第五个阅读框编码(BALF5),基因大小为3kb,编码蛋白的分子量约110kD,是EB病毒DNA复制的关键性酶。DNA聚合酶的诊断意义已被Liu[3]等以酶中和反应证明,高滴度的EB病毒DNA聚合酶IgG抗体,早在Ⅰ期NPC病血清中被检测到。我们采用基因重组技术在大肠杆菌表达DNA聚合酶全基因及部份基因,用纯化的表达产物作为抗原检测NPC病血清中抗体,建立了敏感、特异的诊断方法。

  材料与方法

  1 质粒和菌株 质粒pRTS-21含有DNA聚合酶全基因,由王轶龙惠赠。pRSET-b、pRSET-a原核表达载体由我所肝炎室惠赠,为T7启动子控制下的融合蛋白原核表达载体。在融合蛋白的N末端含有6个连续的组氨酸标签。菌株BL21(DE3)为该载体的表达宿主菌。

  2 NPC病、头颈部非NPC病和正常的血清 均由广东医学院病理教研室提供。

  3 其它试剂 限制性内切酶和T4连接酶均购自New England Biolabs公司。Taq酶购自六合通公司。DNA回收试剂盒QIAXⅡ购自QIAGEN公司。

  4 DNA聚合酶基因的PCR扩增 根据DNA聚合酶基因序列设计PCR扩增的上下游引物。上游引物:5'CGGAATTCATGTCTGGGGGACTCTTCTATAAC3';下游引物为:5'CCCAAGCTTTTAGAATGGTGGCCGCGCTGTTAA3'。以pRTS21质粒为模板做PCR扩增DNA聚合酶基因。PCR扩增过程:94℃变性2min,然后94℃ 1min,55℃ 1min,72℃ 1min,30个循环,最后一个循环94℃ 1min,55℃ 1min,72℃ 5min。PCR产物以酚:氯仿抽提,乙醇沉淀,晾干后用去离子水溶解。

  5 IFA方法检测VCA/IgA、EA/IgA 具体操作方法见参考文献[4]

  6 Western-blot方法 具体操作方法见参考文献[5]

  7 重组蛋白的表达与纯化 将含有重组质粒的大肠杆菌BL21(DE3)接种于Amp的LB培养基中,37℃振荡至OD600达1的时候,加入IPTG至终浓度1mmol/L,继续培养5h,4℃ 5 000r/min离心15min收获细菌。超声裂解细菌,用4mol/L尿素洗涤包涵体,8mol/L尿素溶解包涵体。以Ni2+亲和层析,按Pharmacia Chelating Sepharose Fast Flow使用手册所述方法纯化蛋白。

  8 ELISA 以纯化后的蛋白按50ng/孔包被ELISA板,4℃过夜,用洗涤液(PBS 0.1mol/L pH7.4,0.05%Tween20)洗涤2次,封闭液为含10%牛血清的PBS,37℃湿盒孵育2h,洗涤3次,每孔加1∶100稀释的血清100μl,37℃湿盒卵育1h,洗涤3次,每孔加入100μl 1∶1000稀释的抗IgG酶标抗体,37℃湿盒孵育1h,洗涤3次,TMB底物显色,4mol/L H2SO4终止反应,于酶标仪上测定其450nm处的吸光值,结果测定以OD值=(OD值-空白孔OD值)/(阴性孔值-空白孔值)≥1.5为阳性。

  结  果

  1 DNA聚合酶基因的扩增及重组表达载体的构建

  扩增后的DNA聚合酶的PCR产物与不加模板DNA的阴性对照进行琼脂糖电泳。聚合酶PCR产物在3kb左右有一条扩增条带。片段大小与DNA聚合酶基因相符(图1)。将DNA聚合酶全基因PCR扩增产物以Eco RⅠ与HindⅢ酶切后,插入pRSET-b上相应的酶切位点,转化大肠杆菌JM109,挑选重点克隆经酶切鉴定(图2)。构建成的pRSET-DNA聚合酶(pRSET-A)以EcoRⅠ SalⅠ酶切后纯化回收1kb片段的前1/3,插入pBV220载体构建pBV-A1(DNA聚合酶前1/3部分)过渡载体,再以EcoRⅠ和HindⅢ酶切pBV-A1,回收1kb的前1/3片段,插入pRSET-b载体构建成pRSET-A1表达载体。以XhoⅠ和HindⅢ酶切pRSET-A,纯化回收2kb的DNA聚合酶的后2/3片段,插入pRSET-a载体,构建pRSET-A2(DNA聚合酶后2/3部分)表达载体。

图1 PCR扩增DNA聚合酶基因1%

  琼脂糖凝胶电泳结果

  Figure 1 1% agarose gel electrophoresis of DNA polymerase gene amplified by PCR

  1.PCR product;2.Negative control;3.λDNA/HindⅢ marker.

  2 pRSET-DNA聚合酶,表达及特异性

  将重组质粒转化BL-21(DE3)细菌,挑选单克隆,接种5ml含Amp的LB培养液,猛烈振荡至OD600为1,此时加入IPTG(1mmol/L)诱导4h,将诱导前与诱导后4h的菌样空载体对照进行SDS-PAGE。pRSET-A在诱导后于110kD左右出现一条表达带,分子量与DNA聚合酶相近(图3);pRSET-A1在30kD处出现一条新的表达带,分子量与pRSET-A1(DNA聚合酶前1/3部分)相近;pRSET-A2在70kD处出现一条新的表达带,分子量与pRSET-A2(DNA聚合酶2/3部分)相近(图4)。将IPTG诱导后的含pRSET-A和A2经SDS-PAGE和Western-blot分析,结果表明,pRSET-A与NPC病血清孵育出现一条明显条带,A1无明显阳性条带出现。说明DNA聚合酶的抗原特异性,并且后2/3部分具有足够强的反应特异性。

图2 pRSET-A重组质粒构建及酶切图谱

  Figure 2 Restriction map of recombinant plasmid pRSET-DNA polymerase

  1.λDNA/HindⅢ marker; 2.pRSET; 3.HindⅢ; 4.EcoRⅠ; 5.HindⅢ+EcoRⅠ; 6.BamHⅠ+HindⅢ; 7.BamHⅠ; 8.SmaⅠ; 9.PstⅠ; 10.SalⅠ; 11.XhoⅠ.

图3 A2的重组质粒表达产物检测及纯化

  Figure 3 Identification and purification of the expressed product of pRSET-A2 recombinant plasmid

  1.pRSET induced; 2.pRSET-A2 uninduced; 3.pRSET-A2 induced; 4.Supernatant of lysis; 5.Supernatant of 4mol/L urea; 6.Supernatant of 8mol/L urea; 7. The purified protein.

  3 A2的纯化

  pRSET-A2的表达产物经不同浓度的尿素洗涤后,溶于8mol/L尿素。经蛋白扫描纯度可达80.4%,经Ni2+亲和层析纯化后蛋白扫描,纯度可达96.1%(图4)。

  4 检测NPC病和非NPC头颈部癌症病血清中的抗体

  纯化后的A2蛋白20μg,经SDS-PAGE后转印到硝酸纤维膜上,裁成20个小条,分别与1∶100稀释的NPC病血清与非NPC头颈部癌症病血清孵育,检测A2/IgG抗体。结果10份NPC血清中有8份血清出现明显的阳性条带,10份对照血清无一例阳性。特异性为100%。

图4 DNA聚合酶的Western blot分析

  Figure 4 Western blot analysis of recombinant protein

  expressed by pRSET-A2

  a.The result of NPC serum; b.The result of control serum.

  1,3. The expression of pRSET-A2;2,4.The expression of pRSET control.

  5 ELISA检测NPC病血清中的A2/IgG

  46份NPC病与46份非NPC头颈部癌症病血清,用ELISA检测A2/IgG,并与检测VCA/IgA和EA/IgA作比较,结果ELISA检测A2/IgG的敏感度为89%,特异度为93%(表1)。

表1 ELISA检测A2/IgG的结果

Table 1 A2/IgG detection by ELISA

<
Source of

  sera

Case no. ELISA

  A2/IgG

IFA
+(%) VCA/IgA EA/IgA
+(%)
NPC 46 41(89) 5 46 0 35(76) 11
Non-NPC 46 3   43 32 14 1   45

  Cutoff value=0.094×2.1=0.198;+. OD450≥0.198.

讨  论

  本研究的目的是将EB病毒的DNA聚合酶基因克隆到pRSET-A原核表达载体上,并在BL21(DE3)细菌中获得表达。通过分别与NPC病血清与正常血清的Western-blot IgG抗体分析,证明了表达产物的特异性,同时也表明在NPC病血清中存在着针对EB病毒DNA聚合酶的IgG抗体。由于DNA聚合酶的片段长达3kb,而大肠杆菌表达片段的适合大小为1kb以内,因此DNA聚合酶全基因在大肠杆菌中的表达量较低(5%),因此构建了pRSET-A1和pRSET-A2载体,分别表达DNA聚合酶的前1/3片段和后2/3片段。经蛋白扫描检测表达量分别为75%与33%。经Western-blot分析,DNA聚合酶抗原特异性主要存在于其后2/3片段。将纯化后的A2抗原检测10份NPC病与非NPC头颈部癌症病血清中的IgG抗体,其中8份NPC血清呈阳性,对2例漏检的血清增加膜的抗原量(100μg)或降低血清稀释度(1∶20),均可呈阳性反映,表明A2/IgG检测在NPC诊断中具有良好的应用前景。用纯化的A2抗原初步建立ELISA方法,检测了46份NPC和46份非NPC头颈部癌症病血清中的IgG抗体,敏感性达89%,特异性达93%。综合敏感性与特异性ELISA检测A2/IgG优于传统的IFA VCA/IgA抗体检测,在46例非NPC病血清中32例阳性,ELISA检测A2/IgG有可能成为代替传统的IFA检测的较好方法。

  作者简介:黄滨(1971-),男,医学硕士,研究方向:微生物学。

  参考文献:

  [1]Kieff E. Epstein-Barr virus: increasing evidence of a link to carcinoma [J]. New Eng J Med, 1995, 33: 724-726.

  [2]Henle L, Henle W. Epstein-Barr virus specific IgA serum antibodies as an outstanding feature of nasopharyngeal carcinoma [J]. Inter J Lancet, 1976, 17:1-17.

  [3]Liu M Y, Chou W H, Nutter L. Antibody against Epstein-Barr virus DNA polymerase activity in sera of patients with nasopharyngeal carcinoma [J]. J Med Virol, 1989, 28:101-105.

  [4]黄桢祥,洪涛,刘崇柏.医学病毒学基础及实验技术[M].北京:科学出版社,1990,216-218.

  [5]Hsu T Y, Pai C Y, Sheih S M. Use of antigen expressed in bacteria for detection of EBV specific thymidine kinase antibodies in sera from patients with nasopharyngeal carcinoma [J]. J Med Virol, 1992, 38:214-219.

收稿日期:2000-02-28;修回日期:2000-04-16


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