利用CRISPR/Cas9技术构建干扰素受体敲除的细胞系及功能研究

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自从干扰素(Interferon)被发现并在培养细胞中被证明具有抑制病毒感染已经过去了大半个世纪。从那时起,研究者们已经能渐渐阐明IFN信号通路的分子机制,对它们在细胞的多效性作用分类,利用它们对多种多样的疾病具有潜在的治疗作用。尽管进展是迅速的,但还有一些基本问题亟待解决,还有很多复杂性不能弄清楚。IFNs是一种被分为三种类型的一类细胞因子:Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型。它们具有不同的表达模式,在天然和获得性免疫中具有很多作用。目前的研究中,对Ⅰ型和Ⅲ型干扰素的抗病毒性研究最多。Ⅰ型和Ⅲ型干扰素信号通路中有趣的特征是极大多数蛋白通过同样的受体复合物传递信号。人体中,Ⅰ型IFN包括13个IFN-α基因,和单基因IFN-β、IFN-ε、IFN-κ、IFN-ω。所有的17种Ⅰ型干扰素通过共有的包含一个单链IFNAR1和IFNAR2的异二聚体受体复合物的结合和传递信号,它们几乎存在于所有的有核细胞。与大多数Ⅰ型IFNs相比,Ⅱ型IFN只有一种,IFN-γ,主要由免疫细胞产生。IFN-γ通过一个由两个亚基的IFNGR1和IFNGR2组成的四聚体复合物的同源二聚体发挥作用。与Ⅰ型IFNs相似,Ⅱ型IFN受体广泛分布在组织中,因此,几乎所有的细胞能够应答Ⅱ型IFN。Ⅲ型IFNs(也称为IFNλs)包括IFNL1、IFNL2、IFNL3和最近新发现的IFNL4。Ⅲ型IFNs信号通过包括单链IL-10R2和IFNLR1的异二聚体受体复合物。基因编辑技术一直人们用于研究基因功能的有力工具,而CRISPR/Cas9是继ZFN和TALEN之后近年来发展最为迅速的基因编辑技术。ZFN是由来自限制内切酶FokI的DNA剪切元件和带有多个锌指阵列的DNA结合元件组成的杂交蛋白,两个FokI单体紧密靠近以便二聚体形成,发挥催化活性和形成双链断裂;TALEN是一对可以特异性的识别DNA片段的串联的、氨基酸重复序列引导的核酸内切酶FokI,它作用于靶位点DNA双链,二聚化的FokI可以发挥内切酶功能,从而引起双链断裂;CRISPR/Cas9是由一段特异性识别靶位点的gRNA引导的Cas9核酸内切酶,切割靶位点形成双链断裂。双链断裂会引起DNA产生修复,修复的机制有NHEJ(非同源末端连接)或HR(同源重组),经过修复,会产生突变、插入、缺失等产物,从而引起基因插入、基因敲除等结果。这种基因编辑技术具有适用范围广、效率高、成本低、和周期短的优点,已经在小鼠、斑马鱼、人类基因、细菌、病毒、植物等诸多物种中得到成功应用,并且表现出强大的临床治疗和畜牧业发展上等领域的潜力。利用CRISPR/Cas9技术在人癌细胞中进行基因敲除,主要包含以下几步:目的基因序列的获得、选择合适的靶位点及设计最佳引物、构建gRNA体外转录载体、慢病毒包装、标签筛选及挑取单克隆和功能验证。本研究使用CRISPR/Cas9技术在Huh7肝癌细胞和A549肺癌细胞中分别进行了 IFNAR1和IL28R1两种受体的敲除,分别得到了 IFNAR1-KO和IL28R1-KO各自敲除的细胞系,并在蛋白水平上进行了验证,背景干净,本底抗体检测没有带。又以敲除细胞系为载体,在其中进行了白介素IL-27和IL-32的抗病毒研究,在RNA水平测得对IAV三种RNA的复制和对HBV病毒E、S抗原的分泌得出无论是IFNAR1还是IL28R1受体敲除的细胞系中,IL-27和IL-32本身的抗病毒作用消失,说明它们俩发挥抗病毒作用是通过干扰素途径而且两种类型都依赖。综上所述,我们的研究发现干扰素受体缺失对细胞抵御外来病毒入侵的应答削弱,人类的第一道防线受到攻击,而细胞内可能会引发一系列的信号应答反应来应对这种入侵,对于此,给我们后面的研究提供了一个思路。
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