細胞周期依賴性蛋白激酶CDK3是細胞周期調控機制的核心,研究表明CDK3與一些腫瘤的發生和發展密切相關。CDK3作為一種酶,其催化活性的發揮涉及磷酸基團的轉移,因此構建CDK3系列的哺乳動物表達載體,然后在小鼠成纖維細胞NTH3T3中進行CDK3的表達研究,并用生物信息學手段預測CDK3上的磷酸化位點,為研究CDK3在腫瘤中的功能提供了研究基礎。
按照宿主細胞的類型,可將基因表達系統大致分為原核、酵母、植物、昆蟲和哺乳動物細胞表達系統。與其它系統相比,哺乳動物表達載體的優勢在于能夠指導蛋白質的正確折疊,提供復雜的N型糖基化和準確的O型糖基化等多種翻譯后加工功能,因而表達產物在分子結構、理化特性和生物學功能方面最接近于天然的高等生物蛋白質分子。在中國GLP機構排名中靠前的美迪西生物在重組蛋白表達與純化服務方面經驗豐富,擁有多種蛋白表達系統,包括原核蛋白表達系統、酵母蛋白表達系統、昆蟲細胞蛋白表達系統(桿狀病毒)哺乳動物細胞蛋白表達系統,具備多種融合技術,可以為客戶在蛋白表達與純化方面提供多種選擇。
1、CDK3系列的哺乳動物表達載體的構建
CDK3是CDKs家族中的一員,參與細胞周期的調控,而腫瘤的發展與細胞周期密切相關。由于CDK3作為一細胞周期正性調控因子,能促進細胞停泊非依賴性生長。CDK3調控機制研究可能為腫瘤的發生、發展以及腫瘤的轉移研究提供新的線索,也可能為腫瘤的早期診斷和治療提供新思路。構建一系列細胞周期蛋白依賴激酶3(CDK3)的哺乳動物表達載體,并在真核細胞NIH3T3中進行初步表達,為在腫瘤中研究CDK3提供實驗材料。
從食管癌細胞中提取總RNA,RT-PCR擴增CDK3編碼區,然后將PCR產物克隆到T載體;擴增后的CDK3片段分別亞克隆入pcDNA3-4、pNTAP和pEGFP等4種哺乳動物表達載體;將獲得的表達載體轉染小鼠成纖維細胞NIH3T3,并用蛋白免疫印跡法進行初步的CDK3表達分析。
結果發現PCR擴增獲得約900 bp目的片段,經T載體克隆和DNA序列分析顯示重組片段是人CDK3基因序列,全長915 bp;CDK3目的片段分別亞克隆入pcDNA3-4、pNTAP和pEGFP載體,獲得相應表達載體;運用構建的表達載體,可以在真核細胞中表達出CDK3蛋白。因此成功構建了CDK3系列哺乳動物細胞表達載體,并在NIH3T3中得到表達。
2、CDK3表達與鼻咽癌的關系
有研究者研究了細胞周期依賴性蛋白激酶3(CDK3)在鼻咽癌中的表達及其與臨床病理因素的關系,探討了其臨床意義。研究者用免疫組織化學方法檢測94例鼻咽癌組織中CDK3的表達,以40例鼻咽炎組織為實驗對照。結果發現94例鼻咽癌組織中CDK3的陽性表達率達67.0%,對照組40例鼻咽炎組織中CDK3的陽性表達率為12.5%,CDK3在鼻咽癌組織的表達顯著高于在鼻咽炎的表達(P<0.05)。CDK3主要表達于鼻咽癌細胞質,少數表達于核內。CDK3蛋白表達與鼻咽癌TNM分期有關(P<0.01)。
因此CDK3在鼻咽癌中表達增高,并與鼻咽癌TNM分期有關,提示CDK3蛋白在鼻咽癌的發生和發展過程中可能發揮作用。
3、CDK3表達與結腸癌的關系
還有研究者研究了Cdk3在結腸息肉、結腸腺瘤、結腸癌組織中的表達,探討Cdk3在結腸癌變過程中的演變規律及其意義。采用免疫組織化學和原位雜交的方法檢測22例結腸癌組織、22例結腸腺瘤組織、24例結腸息肉組織中Cdk3蛋白和mRNA的表達。結果發現Cdk3蛋白和mRNA在結腸息肉、結腸腺瘤、結腸癌組織中的表達呈核、質型,以質為主。
圖像分析結果顯示,結腸癌組織中Cdk3蛋白表達平均光密度值(0.80±0.36)明顯高于結腸腺瘤組織(0.48±0.22)和結腸息肉組織(0.25±0.13)(P<0.05),結腸腺瘤組織中Cdk3蛋白表達平均光密度值明顯高于結腸息肉組織(P<0.05),結腸癌組織中的陽性細胞數(266.5±40.2)明顯高于結腸腺瘤組織(132.0±37.4)和結腸息肉組織(129.3±26.7)。
因此Cdk3在結腸癌變過程中表達逐步增強,在結腸癌組織中異常高表達,可能在結腸癌變過程中發揮重要作用.
4、CDK3表達與肝細胞癌的關系
研究Cdk3在肝細胞癌中的表達及其致癌的分子機制,為肝癌的早期診斷提供實驗和理論依據,主要方法是:
(1)用免疫組化檢測9例原發性肝細胞癌(HCC)、7例肝硬化、10例肝炎中的Cdk3蛋白表達,用原位雜交的方法檢測4例原發性肝細胞性肝癌(HCC)、6例肝硬化、5例肝炎中的Cdk3 mRNA的表達,探討Cdk3在HCC癌變過程中的規律;
(2)用軟瓊脂細胞集落形成實驗觀察Cdk3過表達促進細胞惡性轉化的效應;
(3)用雙色免疫熒光實驗分析Cdk3與c-Jun在細胞中的共定位,分析Cdk3參與癌變可能的分子機制;
(4)用熒光素酶報告基因方法分析Cdk3過表達對AP-1活性的影響及Cdk3參與癌變可能的分子機制。
結果發現
(1)Cdk3蛋白在HCC中的表達為核-漿型,以漿為主。相對于肝炎和肝硬化組織,Cdk3蛋白在HCC中表達顯著升高(P<0.05);Cdk3 mRNA在肝炎、肝硬化和HCC均有表達,且為核-漿型,以漿為主,但無顯著性差異(P>0.05);
(2)利用穩定表達細胞系Cdk3-JB6、Cdk3-DN-JB6分析Cdk3對細胞停泊非依賴性增長的影響,軟瓊脂集落形成實驗結果顯示,在EGF的刺激下Cdk3穩定表達的JB6細胞形成集落數顯著高于Cdk-DN(P<0.05)及沒有轉染Cdk3的JB6細胞(P<0.05);
(3)Cdk3與c-Jun共定位于JB6細胞核;
(4)轉染Cdk3的JB6細胞中AP-1熒光酶活性與沒有轉染Cdk3或轉染Cdk3-DN的細胞中AP-1相對活性相比明顯升高(P<0.05)。
因此,Cdk3蛋白在肝細胞癌癌變過程中表達逐步增強,這提示Cdk3在HCC癌變過程中發揮了重要作用; Cdk3過表達可促進細胞惡性轉化; Cdk3與c-Jun共定位于細胞核; Cdk3通過上調AP-1的活性促使細胞惡性轉化。
此外Cdk3還與惡性膠質瘤、成神經細胞瘤、乳腺癌等的發生和發展密切相關。為了在腫瘤細胞中探討CDK3的生物學功能和修飾位點,構建了人CDK3基因的系列哺乳動物表達載體。其中pcDNA3表達載體可以在哺乳動物細胞中高效表達,pcDNA4表達載體含有TetO2,在四環素的誘導下外源基因才能表達,便于調控外源基因的表達,這2種表達載體可以用于基因功能研究。CDK3系列的哺乳動物表達載體的構建,可以用于全方位研究CDK3基因的功能、表達以及修飾情況,為在腫瘤中研究CDK3提供實驗材料。