馬增友,秦 歌,鄭浩懿,盧鄭坤,張文昌,彭 輝
(福建農(nóng)林大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)學(xué)院,福建 福州,350002)
三聯(lián)基序(tripartite motif,TRIM)家族成員是一類結(jié)構(gòu)保守的蛋白,都具有TRIM結(jié)構(gòu)域,該結(jié)構(gòu)域主要包含一個(gè)卷曲的區(qū)域、一個(gè)B-Box型的鋅指和一個(gè)含3個(gè)鋅離子結(jié)合位點(diǎn)的環(huán)形指狀區(qū)域。TRIM蛋白家族進(jìn)化速度較快,在人類上已發(fā)現(xiàn)80多個(gè)家族成員[1]。TRIM家族成員具有不同的生物學(xué)功能,參與細(xì)胞分化、細(xì)胞凋亡、抗病毒免疫、細(xì)胞周期調(diào)控、細(xì)胞信號通路調(diào)控和癌癥發(fā)生發(fā)展等多種生物學(xué)過程[2-4]。TRIM8作為TRIM家族中的一員,主要參與調(diào)控細(xì)胞生長、抗病毒、介導(dǎo)機(jī)體炎癥和免疫反應(yīng)等[5-7]。此外,TRIM8還具有抑制和促進(jìn)癌細(xì)胞生長的雙向作用[8]。最新研究表明,TRIM8與KIF11/EG5有絲分裂紡錘體組裝調(diào)節(jié)因子和KIFC1有絲分裂細(xì)胞骨架重組主要調(diào)節(jié)因子相互作用,在有絲分裂過程中始終定位在紡錘體上,并在中心體分離過程中發(fā)揮作用,從而控制有絲分裂進(jìn)程并影響染色體穩(wěn)定性[9]。
TRIM8參與Nanog的調(diào)控、紡錘體的形成以及染色體的穩(wěn)定[9],說明其不僅在細(xì)胞分裂過程中發(fā)揮重要作用,還可能參與細(xì)胞分化的調(diào)節(jié)。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn),TRIM8基因在小鼠受精卵中大量表達(dá),提示其可能在小鼠早期胚胎發(fā)育過程中發(fā)揮一定作用。本試驗(yàn)通過RT-PCR、RT-qPCR、免疫印跡、免疫組化和免疫熒光等多種方法,研究了TRIM8基因和蛋白在小鼠各組織及早期胚胎中的表達(dá)及定位情況,并采用RNA干擾方法研究了TRIM8沉默對小鼠早期胚胎發(fā)育的影響,旨在為探索TRIM8基因在小鼠早期胚胎中的功能提供依據(jù)。
1.1.1 試驗(yàn)動(dòng)物 雄性和雌性ICR小白鼠,均來源于福建省吳氏實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心,飼養(yǎng)過程中小鼠自由采食并保持室內(nèi)潔凈,環(huán)境溫度(25±1) ℃,光照14 h/d。
1.1.2 主要試劑 孕馬血清促性腺激素(PMSG)、人絨毛膜促性腺激素(hCG),均購自寧波第二激素廠;CellAmpTMWhole Transcriptome Amplification Kit (Real Time)Ver.2、PrimeScriptTMOne Step RT-PCR Kit Ver.2和TB Green?Premix Ex TaqTMⅡ (Tli RNaseH Plus),購自Takara公司;瓊脂糖,購自Biowest公司;Opti-MEM?Ⅰ液,購自Invitrogen公司;Negative Control siRNA(貨號AM4635),購自Ambion 公司;TRIM8 esiRNA(貨號EMU050771-20UG),購自Sigma公司;TRIM8多克隆抗體(兔源,貨號PA5-41641),購自Thermo Fisher公司;TRIM8單克隆抗體(鼠源,貨號sc-398878),購自Santa Cruz公司;Western blot相關(guān)試劑,購自碧云天生物技術(shù)有限公司;其他試劑均購自Sigma公司。
1.2.1 組織的采集 將6周齡的雌鼠和雄鼠通過脫頸法處死,快速解剖并取心、肝、脾、肺、腎、胃、腸、肌肉、子宮、卵巢和睪丸,在預(yù)冷的PBS中清洗2次,備用。
1.2.2 基因水平表達(dá) 取上述11種組織,通過Trizol試劑提取組織RNA,在260 nm處測定RNA吸光度(OD260),根據(jù)吸光度與濃度的線性關(guān)系,計(jì)算RNA質(zhì)量濃度。調(diào)整各組織RNA的質(zhì)量濃度為300 ng/μL,放入-80 ℃冰箱存儲備用。
以次黃嘌呤磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶Ⅰ(Hprt1)基因?yàn)閮?nèi)參基因,采用普通RT-PCR檢測TRIM8基因在小鼠不同組織中的表達(dá)情況。針對TRIM8基因和Hprt1內(nèi)參基因CDS區(qū),利用Primer 5.0軟件設(shè)計(jì)引物,交由生工生物工程(上海)股份有限公司合成,引物序列見表1。RT-PCR反應(yīng)體系和條件參見PrimeScriptTMOne Step RT-PCR Kit Ver.2試劑盒說明書。PCR產(chǎn)物用2%的瓊脂糖凝膠電泳檢測。
表1 試驗(yàn)的引物序列Table 1 Primer sequences in the test
1.2.3 蛋白水平表達(dá) 取上述11種組織,放入玻璃研磨器中并加入IP裂解液和全蛋白酶抑制劑的混合液(V(IP裂解液)∶V(全蛋白酶抑制劑)=100∶1),充分研磨后加入無菌無酶離心管中,13 000g離心10 min,取適量上清液到新的無菌無酶離心管中,加入蛋白上樣緩沖液,放入100 ℃水浴鍋中煮10 min。
以β-actin蛋白為內(nèi)參蛋白,采用免疫印跡試驗(yàn)檢測TRIM8蛋白在各組織中的表達(dá)情況。取制備好的小鼠組織蛋白樣品在8% SDS-PAGE凝膠中電泳,蛋白分離后根據(jù)Marker的位置切下含有目的蛋白的凝膠,采用濕轉(zhuǎn)法將蛋白轉(zhuǎn)移到NC膜上。將膜放入含50 g/L脫脂奶粉的TBS中封閉3 h,之后將NC膜放入1∶500稀釋的TRIM8一抗溶液中4 ℃過夜孵育。取出膜放入TBST(含體積分?jǐn)?shù)0.1% Tween 20)溶液中清洗3 次,每次5 min,然后置于1∶10 000的羊抗鼠熒光二抗中常溫避光孵育2 h,再放入TBS溶液中避光清洗3次,每次8 min,搖洗后使用雙色紅外激光成像系統(tǒng) Odyssey CLx采集圖片。
運(yùn)用免疫組化技術(shù)研究TRIM8蛋白在卵巢中的定位。取6周齡雌鼠,脫頸椎處死,取卵巢在PBS中洗凈后置于體積分?jǐn)?shù)4%多聚甲醛中固定,24 h后石蠟包埋,制成6 μm厚的切片。卵巢組織切片經(jīng)過二甲苯脫蠟和不同濃度梯度酒精溶液再水化后置于10 mmol/L的枸櫞酸鈉中,用微波爐加熱10 min進(jìn)行抗原修復(fù),自然冷卻至室溫。用鏈霉素-生物素法(SP法)對卵巢切片進(jìn)行免疫組織染色,先將切片加入到非免疫動(dòng)物(羊)血清封閉液中進(jìn)行封閉,再放入一抗TRIM8抗體(1∶200倍稀釋)溶液中4 ℃過夜孵育。用PBS洗凈后滴加生物素化的羊抗鼠二抗,室溫下孵育10 min,PBS清洗3次,加入鏈霉菌抗生物素-過氧化物酶溶液檢測TRIM8蛋白,用DAB染色試劑盒顯色,再用蘇木素對細(xì)胞核進(jìn)行染色。試驗(yàn)設(shè)對照組,不加一抗,其他步驟與試驗(yàn)組完全一致。最后用封片劑封片,在倒置顯微鏡下觀察組織切片并拍照。
1.4.1 早期胚胎的采集 取6~8周齡雌性小鼠,腹腔注射PMSG 10 IU/只,48 h后腹腔注射hCG 10 IU/只,然后與成年公鼠按照1∶1比例合籠。合籠后14 h檢查雌鼠陰道栓,選取有陰道栓的小鼠繼續(xù)飼養(yǎng),之后在小鼠早期胚胎發(fā)育的不同時(shí)期用頸椎脫臼法處死雌鼠,采集1-細(xì)胞胚胎、2-細(xì)胞胚胎、4-細(xì)胞胚胎、8-細(xì)胞胚胎、桑葚胚和囊胚,備用。
1.4.2 基因水平表達(dá) 通過RT-qPCR技術(shù)檢測TRIM8基因在小鼠早期胚胎中的表達(dá)水平。取小鼠不同發(fā)育階段的早期胚胎各10個(gè),采用CellAmpTMWhole Transcriptome Amplification Kit (Real Time)Ver.2試劑盒提取胚胎RNA并反轉(zhuǎn)錄合成cDNA,再利用TB GreenTMPremix Ex TaqTMⅡ(Tli RNaseH Plus)試劑盒進(jìn)行RT-qPCR,反應(yīng)體系和運(yùn)行參數(shù)參照該試劑盒說明書。采用2-ΔΔCt法對TRIM8基因的表達(dá)水平進(jìn)行分析,以1-細(xì)胞胚胎TRIM8的表達(dá)量為基準(zhǔn)(表達(dá)量定為1)來確定其他早期胚胎的表達(dá)水平。
1.4.3 蛋白水平表達(dá) 取各時(shí)期胚胎各80 個(gè),放入試管中,加IP裂解液和全蛋白酶抑制劑混合液(V(IP裂解液)∶V(蛋白酶抑制劑)=25∶1)進(jìn)行裂解,加入蛋白上樣緩沖液,在100 ℃水浴鍋中煮 10 min。取制備好的小鼠早期胚胎的蛋白樣品進(jìn)行免疫印跡試驗(yàn),具體方法同1.2.2節(jié)。
采用免疫熒光結(jié)合激光共聚焦顯微鏡技術(shù)探究TRIM8蛋白在早期胚胎發(fā)育過程中的定位。取小鼠不同發(fā)育時(shí)期的胚胎置于免疫染色固定液中,室溫下固定1 h,用免疫染色洗滌液搖洗3次,在含有體積分?jǐn)?shù)2% Triton X-100的PBS溶液中打孔20 min,通透打孔后的胚胎放至免疫染色封閉液中封閉4 h,用一抗TRIM8抗體(1∶100倍稀釋)于4 ℃條件下過夜孵育,免疫染色洗滌液搖洗3次,再用Alexa Fluor 488標(biāo)記的山羊抗兔熒光二抗(1∶500倍稀釋)避光室溫孵育2 h,用免疫染色洗滌液避光搖洗3次,DAPI染核10 min,免疫染色洗滌液避光搖洗3次,清洗后的胚胎移至無水乙醇浸泡過的載玻片上,向胚胎周圍滴加熒光抗淬滅劑,用鑷子夾住蓋玻片輕輕放在有胚胎區(qū)域的載玻片上,用指甲油涂抹載玻片四周使其固定,再將載玻片放置在LEICA SP8激光共聚焦顯微鏡下進(jìn)行顯微觀察并照相。
將1.4.1節(jié)收集的胚胎轉(zhuǎn)移至酸性臺氏液中消化透明帶30~40 s,立即注入1 mL KSOMaa培養(yǎng)液停止消化,然后將胚胎移入KSOMaa培養(yǎng)液中,備用。 用Opti-MEM?Ⅰ液體稀釋轉(zhuǎn)染試劑(稀釋比例參照siPORT胺類轉(zhuǎn)染說明書),室溫下孵育10 min,備用。用Opti-MEM?Ⅰ液體稀釋TRIM8 esiRNA和陰性對照siRNA,隨后將孵育好的轉(zhuǎn)染試劑與TRIM8 esiRNA(設(shè)0.3,0.7和1.0 μmol/L 3個(gè)濃度)和陰性對照siRNA(1.0 μmol/L)分別混合并室溫靜置孵育10 min。將孵育好的轉(zhuǎn)染復(fù)合物加入用Opti-MEM?Ⅰ液體清洗2次的電轉(zhuǎn)皿中,再用吸卵針吸取胚胎至電轉(zhuǎn)皿兩根電極之間進(jìn)行電轉(zhuǎn),設(shè)置電轉(zhuǎn)儀參數(shù)為:電壓20 V,脈沖時(shí)間1 ms,脈沖次數(shù)3次,重復(fù)0次。試驗(yàn)設(shè)Opti-MEM?Ⅰ液體電轉(zhuǎn)的受精卵作為空白對照組。各組胚胎均在KSOMaa培養(yǎng)液中培養(yǎng)24 h后收集胚胎細(xì)胞,利用RT-qPCR技術(shù)在基因水平檢測TRIM8的沉默效率,并利用2-ΔΔCt法進(jìn)行TRIM8基因相對表達(dá)水平分析,以空白對照組的表達(dá)量為基準(zhǔn)(表達(dá)量定為1)來確定其他組的表達(dá)水平。收集1.0 μmol/L esiRNA沉默TRIM8后的胚胎、空白對照組胚胎和陰性對照組胚胎各100個(gè),制備蛋白樣品,采用免疫印跡試驗(yàn)檢測TRIM8蛋白的表達(dá)情況,具體方法同1.2.2節(jié)。
為進(jìn)一步探究沉默TRIM8對早期胚胎發(fā)育的影響,將1.0 μmol/L(沉默TRIM8基因的最適esiRNA濃度)esiRNA沉默組、空白對照組、陰性對照組胚胎用KSOMaa培養(yǎng)液進(jìn)行培養(yǎng),培養(yǎng)過程中觀察胚胎發(fā)育情況并拍照記錄,胚胎發(fā)育至囊胚期時(shí)統(tǒng)計(jì)各組囊胚率。
應(yīng)用SPSS 25.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)差異顯著性分析。不同濃度siRNA 沉默合子TRIM8基因的沉默效率采用單因素方差分析法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn),每組數(shù)據(jù)至少重復(fù)3次。沉默TRIM8基因后,早期胚胎的發(fā)育率采用卡方(χ2) 檢驗(yàn)進(jìn)行顯著性分析,當(dāng)P<0.05 時(shí)表示差異顯著。
利用RT-PCR研究TRIM8基因在小鼠不同組織中的表達(dá)情況,結(jié)果表明,其在心、肝、 脾、肺、腎、胃、腸、肌肉、子宮、卵巢和睪丸中均有表達(dá) (圖1-A)。利用免疫印跡技術(shù)研究TRIM8蛋白在小鼠不同組織中的表達(dá),結(jié)果顯示其在小鼠11種組織中均有表達(dá)(圖1-B)。
A.TRIM8基因在小鼠不同組織中的表達(dá)情況;B.TRIM8蛋白在小鼠不同組織中的表達(dá)情況。M.DNA Marker;1.心臟;2.肝臟;3.脾臟;4.肺臟;5.腎臟;6.胃;7.小腸;8.肌肉;9.子宮;10.卵巢;11.睪丸A.RT-PCR analysis of TRIM8 mRNA in mouse tissues;B.Western blot analysis of TRIM8 protein lysates isolated from mouse tissues.M.DNA Marker,1.Heart;2.Liver;3.Spleen;4.Lung;5.Kidney;6.Stomach;7.Intestine;8.Muscle;9.Uterus;10.Ovary;11.Testicles
運(yùn)用免疫組化技術(shù)研究TRIM8蛋白在卵巢中的定位,結(jié)果表明TRIM8蛋白主要定位在卵巢組織的卵母細(xì)胞中(圖2)。
采用RT-qPCR和免疫印跡試驗(yàn)研究TRIM8在小鼠早期胚胎中的表達(dá)情況。結(jié)果表明,TRIM8基因在1-細(xì)胞胚胎到4-細(xì)胞胚胎時(shí)期表達(dá)水平較高,在8-細(xì)胞胚胎到囊胚期表達(dá)水平較低(圖3-A)。TRIM8蛋白在小鼠早期胚胎發(fā)育過程中均有表達(dá),但在1-細(xì)胞胚胎到4-細(xì)胞胚胎時(shí)期表達(dá)量較高(圖 3-B)。
A.TRIM8基因在早期胚胎中的表達(dá)情況;B.TRIM8蛋白在早期胚胎中的表達(dá)情況。1C.1-細(xì)胞胚胎;2C.2-細(xì)胞胚胎;4C.4-細(xì)胞胚胎;8C.8-細(xì)胞胚胎;Mo.桑葚胚;Bl.囊胚。下圖同A.Relative expression of TRIM8 in early embryos. B. TRIM8 protein expression in early embryos.1C.One-cell embryos;2C.Two-cell embryos;4C.Four-cell embryos;8C.Eight-cell embryos;Mo.Morula;Bl.Blastocysts.The same below
試驗(yàn)結(jié)果表明,TRIM8蛋白主要定位在早期胚胎的細(xì)胞質(zhì)中(圖 4)。
藍(lán)色熒光為細(xì)胞核,綠色熒光為TRIM8蛋白Blue fluorescence indicates nucleus,and green fluorescence indicates TRIM8 protein圖4 TRIM8蛋白在小鼠早期胚胎中的定位(×200)Fig.4 Localization of TRIM8 protein in early embryos of mouse(×200)
沉默效率檢測結(jié)果表明,與對照組相比,當(dāng)esiRNA濃度達(dá)到1.0 μmol/L 時(shí),TRIM8基因的沉默效率為83%(圖5-A)。免疫印跡試驗(yàn)結(jié)果表明,TRIM8基因沉默組胚胎蛋白表達(dá)水平明顯降低(圖5-B)。
A.合子中TRIM8沉默后其mRNA表達(dá)水平;B.合子中TRIM8沉默后其蛋白表達(dá)水平A.TRIM8 mRNA level in TRIM8 knockdown embryos;B.Protein expression level after silencing TRIM8 in zygote圖5 合子中TRIM8沉默效果檢測Fig.5 Detection of TRIM8 silencing effect in zygotes
結(jié)果表明,胚胎培養(yǎng)3.5 d后,TRIM8沉默組胚胎發(fā)育到囊胚的數(shù)量明顯減少,而空白對照組和陰性對照組胚胎大多數(shù)發(fā)育到了囊胚階段(圖6-A)。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果(圖6-B)顯示,沉默TRIM8基因明顯阻滯了早期胚胎發(fā)育進(jìn)程,沉默組的囊胚發(fā)育率顯著低于空白對照組和陰性對照組(P<0.05)。
A.TRIM8沉默后胚胎培養(yǎng)3.5 d的形態(tài)學(xué)表現(xiàn)(×100),箭頭標(biāo)示囊胚;B.胚胎發(fā)育率統(tǒng)計(jì)結(jié)果,同時(shí)期胚胎圖柱上標(biāo)不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)A.Morphology of TRIM8 knockdown embryos after being cultured for 3.5 days(×100),the arrow indicates blastocyst;B.Statistics of embryonic development rate,different lowercase letters indicate significant differences between treatments(P<0.05)圖6 TRIM8沉默對小鼠早期胚胎發(fā)育的影響Fig.6 Effect of TRIM8 knockdown on early embryonic development of mouse
通過RT-PCR和免疫印跡試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),TRIM8在包括卵巢在內(nèi)的多種組織中表達(dá),提示該基因可能具有多種生物學(xué)功能。本試驗(yàn)主要研究TRIM8在生殖系統(tǒng)中的作用,所以采用免疫組化試驗(yàn)進(jìn)一步揭示了TRIM8蛋白定位于卵巢組織的卵母細(xì)胞中,說明TRIM8蛋白可能在卵子發(fā)生或早期胚胎發(fā)育過程中發(fā)揮一定作用。利用RT-qPCR和免疫印跡試驗(yàn)進(jìn)一步檢測TRIM8在早期胚胎發(fā)育過程中的表達(dá),發(fā)現(xiàn)TRIM8在早期胚胎發(fā)育各個(gè)時(shí)期均有表達(dá),進(jìn)一步說明其可能參與了早期胚胎發(fā)育過程。通過免疫熒光方法,揭示了TRIM8蛋白主要定位于不同時(shí)期早期胚胎的細(xì)胞質(zhì)中,提示TRIM8也可能參與細(xì)胞質(zhì)中的物質(zhì)代謝及生理活動(dòng)調(diào)控。
TRIM家族部分成員可參與細(xì)胞生長和細(xì)胞周期調(diào)控。研究表明,在不同細(xì)胞系中分別沉默TRIM8、TRIM14、TRIM27、TRIM28、TRIM29、TRIM52、TRIM59、TRIM66和TRIM68時(shí)會導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯[10-20]。進(jìn)一步研究表明,TRIM家族部分成員在細(xì)胞有絲分裂不同時(shí)期和細(xì)胞周期進(jìn)程調(diào)控中發(fā)揮作用,TRIM19、TRIM22、TRIM28、TRIM37和 TRIM69主要在有絲分裂前期發(fā)揮作用,TRIM19、TRIM32和TRIM69主要在有絲分裂前中期發(fā)揮作用,TRIM17、TRIM36和TRIM69主要在有絲分裂中期發(fā)揮作用,TRIM17、TRIM21、TRIM47和TRIM76主要在胞質(zhì)分裂中發(fā)揮作用[21]。
前人研究表明,多種TRIM家族蛋白定位于有絲分裂紡錘體的中心體、紡錘體極、動(dòng)粒、中心粒等關(guān)鍵部位,參與紡錘體形成并發(fā)揮重要的調(diào)控作用,確保了染色體正確分離[22-29]。最新研究表明,TRIM8的缺失會導(dǎo)致細(xì)胞有絲分裂雙極紡錘體形成發(fā)生錯(cuò)誤,影響有絲分裂過程中染色體的穩(wěn)定性[9],沉默人成纖維細(xì)胞的TRIM8基因?qū)е氯旧w非整倍體數(shù)目明顯增加[30]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),TRIM8蛋白與2種有絲分裂蛋白KIF11/Eg5和KIFC1存在相互作用,KIF11和KIFC1蛋白屬于驅(qū)動(dòng)蛋白家族成員,主要位于極間微管上,是有絲分裂期間調(diào)控雙極紡錘體形成的關(guān)鍵蛋白,它們在控制中心體復(fù)制和紡錘體組裝分離中起著重要作用[31-34],說明TRIM8蛋白在調(diào)控細(xì)胞有絲分裂紡錘體形成和染色體分離過程中發(fā)揮著重要作用。
為了確定TRIM8在小鼠早期胚胎發(fā)育過程中的功能,采用RNA干擾方法沉默早期胚胎中的TRIM8基因,結(jié)果發(fā)現(xiàn)TRIM8沉默胚胎的囊胚形成率顯著低于空白對照組和陰性對照組,早期胚胎發(fā)育進(jìn)程明顯發(fā)生了阻滯,表明TRIM8參與調(diào)控小鼠早期胚胎正常發(fā)育過程。推測TRIM8可能通過控制小鼠早期胚胎發(fā)育過程中雙極紡錘體的形成和組裝,從而使染色體正確分離,保證早期胚胎有絲分裂的正常進(jìn)行。在早期胚胎中缺失TRIM8蛋白可能造成紡錘體的組裝和染色體的分離異常,最終導(dǎo)致有絲分裂異常,進(jìn)而阻滯早期胚胎發(fā)育,該蛋白可能通過上述分子機(jī)制影響小鼠早期胚胎發(fā)育進(jìn)程,但具體的分子機(jī)制仍需進(jìn)一步探究。