基于细菌人工染色体的人类人工染色体的重新装配实验
基于细菌人工染色体的人类人工染色体的重新装配实验
成功的基因转导需要有效的转运和外源基因的长期存在,才能使生理相关和被恰当调控表达的治疗基因在受体祀细胞内得以维持。最佳的基因转运平台应该具有无限的有效载荷_ 力而且不与受体基因组整合。而且应该在受体细胞内形成自主复制元件,长期调控基因表达。尽管一些潜在的可行方法已经被开发,但是要满足上述要求,可能仍需要特定的、克隆的和有功能的染色体元件重新组装成人人工染色体(H A C ) 来达成。作者:T.弗里德曼等,译者:殷勤伟等,本实验来自「基因转移」
操作方法
α-卫星BAC转染HT1080细胞 步骤 α-卫 星 BAC 转 染 H T 1080 细胞 材料 试剂 用 QIAGEN-tip 500 柱来提取无内毒素的 BAC DNA。然后用去内毒素水重悬浮 BAC DNA至 浓 度 为 0. 5〜I.Oug/ul 。 胎 牛 血 清(F B S ; H yclone) F u G E N E -6 (R oche) 商 品 化 的 D N A 转移系统,包括转染试剂和电穿孔装置,都 是 根 据 小 报 道 质 粒(< 5 kb) 的转染效率进行评估的。几乎没有关于 传 递 高 分 子 质 量 O l O O k b ) D N A 的效率的数据。在我们的实验中,以 小 D N A 为基础做优化的平台不一定能很好地传递大分子 B A C 。我们测试了大部分可获得的知名的商品化的转染试剂;在 我 们 的 实 验 条 件 下 , F u G E N E -6 试剂(Roche) 在 传 递 大 分 子 D N A 方 面 最 有 效 而 且 可 直 接 使 用 , 毒 性 小 。我 们 也 对 Lipofectamine 2000 (Invitr0 gen) 进行了实验,但是发现其方法繁琐,特别是处理多个转染时。 G 418 (50m g /m l ; Mediatech) H T 1 0 8 0 纤 维 肉 瘤 细 胞 系 H T 1080 的培养液是含 1 0 % F B S 的 aM E M , 补 加 50ug/m l 的 庆 大 霉 素(G I B C O )。 基本培养基, Alpha (aM E M ),补 加 L -谷 氨 酸(如 Cellgro 或 G I B C 0) 曝 呤 霉 素(l 〇 m g/m l; Invitrogen ) 仪器 克隆环 标准组织培养设备,包 括 I O O m m 培养皿及 T -25 烧瓶 方法 α-卫星 B A C 转染 HT1080 细胞 1 . 在转染前一天,用充足的 H T 1 0 8 0 细 胞 铺 IO O m m 组织培养皿,使第二天能够达到5 0 % 〜7 5 % 的覆盖率。每个转染的 D N A 需要至少铺两个培养皿。 2•在灭菌的 I. 5m l 离心管中加人 IOOfjJ 无血清的 c t M E M 和 4〜6ug D N A ,每个培养皿一管。在其中慢慢加人 15〜20fJ F u G E N E -6 试剂,轻弹管壁混合。仔细观察溶液中是否存在白色沉淀。如果存在,用宽孔吸头慢慢打散。 在我们的实验条件下,当 FuGENE-6 : DNA (体 积 :质量)为 3 : 2 时 转 染 大 型 B A C 的效果最好,但是每个实验室都应该优化这个比值。需要小心的是,虽然超螺旋高分子质量的BAC 对剪切破坏力彳 I 有耐受性,但是线性高分子质量 D N A 非常敏感。 3• 室 温 下 孵 育 F u G E N E / D N A 混 合 液 3 0 〜 45m in ,其 间 轻 弹 管 壁 混 勻 。 确定没有沉淀形 成 。 4.用宽孔吸头将 F u G E N E /D N A 混合液轻轻加人 H T 1080 细胞中,持续振摇培养皿使其均匀分布。 5.37℃孵育过夜 6.第二天,吸出培养皿中的培养液,加人合适的选择培养基(如含有 3 ug/m l 嘌呤霉素或 600 ug/ml G 418 的培养基)。 G418 也被称为新霉素或 genetidn 抗生素,不 要 与 庆 大 霉 素(gentamycin) 混 淆 7.在克隆形成后,至少 挑 25〜3 0 个克隆做进一步分析。用克隆环将单个克隆转移到T -25 烧瓶中。每 3〜5d 更换新的选择培养基。形成肉眼可见的克隆需要 10〜14d。当转移单个克隆时,接种另外一个 T -25 或 T -27 板冰冻以长期储存。 试剂 C E P -17 cr 卫 星 探 针(Vysis) 或同等非商品化探针 Colcemid 溶 液(lOjug/m l ; K a r y o M A X , G I B C O ) 乙 醇(7 0 % 、 8 0 % 和 1 0 0 % ; 储存在一 20℃ 甲 酿 胺(ChemiconInternational) H 2O , Milli-Q 处 理(特级纯) H T 1 0 8 0 纤维肉瘤细胞,用 B A C D N A 转染,在 T-25 烧瓶中长成单克隆(见方案 1) Hybrisol VII (Qbiogene) KCl (0.075m ol/L ) 将 5.59 g K C l 溶 解 在 I L 双 蒸 水(d d H z O ) 中形成低渗溶液。用 0.22 Mm 滤膜过滤除菌。用之前预热到3 7 ℃。 甲 醇(100%). 甲醇/乙酸溶液(3 :1 v/v) 加入 D A P I ( V ectashield, V ector 实验室)的 M ounting 培 养 液(防退色) 磷酸盐缓冲液(PBS) 20 X S S C 将 175. 3 g NaCl 和 88_ 2 g 柠檬酸钠 溶 解 在 800m l 水 中 ,用 14mol/L H C 1 调 节 p H到 7. 0。加 水 至 I L d 充分溶解高压灭菌。用前稀释。 胰 岛 素(0 . 0 5 % 溶 解 液 ) 仪器 装备相差镜头的B e n c h to p型显微镜 医用离心机 Copl i n细胞培养用广口瓶 盖 片(1 号 ,各 种 大 小 ;Fisherfinest, FisherScientific) 荧 光 显 微 镜 湿 度 调 节 器 显 微 载 玻 片(Fisher Scientific 12-550-43) Pasteur 吸 管(9in,玻 璃 ;Fisher 13-678-20D ) 标准组织培养装置,包 括 15m l 圆管和T - 2 5 烧瓶 水浴,预热到3 7 °C 方法 用于染色体扩散的克隆细胞系的准备 1.当T -25烧瓶中的H T 1080克 隆(见 方 案 1 ) 细胞接近长满时,向每个烧瓶中加人I6. SfJcolcemid溶液。在 37°C 孵育40〜60 min。观察是否有圆形的分裂期细胞。 2 . 在 37°C 的水浴中预热50 ml 0.075mol/L K C 1。每个细胞株标记一个15m l 圆形管备用。 3 . 将表面细胞转移至圆形管中。用 P B S 清洗烧瓶吸去多余液体。 4 . 向每个T - 2 5 烧瓶中加入 I m l胰岛素溶液。 37°C 孵育至细胞分离。将表面细胞重新加人烧瓶中,用力吹打以悬浮细胞,将悬浮细胞转移到圆形管中。 5 . 室温下用医用离心机1500〜2000r/m in离心圆形管5〜lOmin。 6•吸去细胞沉积物上的水。在每个管中边摇晃边加入io m l 〇. 〇 75mol/L K C 1。 室温下盖上组织培养盖孵育12m in 。 按 步 骤 5 中的条件离心。在我们的实验条件下,孵育H T 1 0 8 0 的最理想时间是I 2m in 。 也可以做一些优化。 7•吸去细胞沉积物上的水。轻弹管壁重悬浮细胞以避免细胞丛生。 8.逐滴加人lm l3 : l (V/V) 的甲醇/乙酸溶液固定细胞。再另外加人4m l甲醇/乙酸达 到 5 ml。颠倒圆形管。 9.按步骤5 中的条件离心。在染色体扩散之前,可在_2〇-C 的甲醇/乙酸溶液中保存细胞沉淀物。 准备用于F IS H 的染色体扩散 众所周知,用 于 F IS H 的高质量的染色体扩散易受实验室环境因素和操作者的经验的影响。此过程的很多方面都可以更多的说是一项「艺术」,不同的实验室可能会应用不同的实验方案。下面的实验方案只是初步的框架,每个实验室可以根据自身环境做调整和优化。 在一个小密闭,且湿度可以控制的房间里进行染色体「降落」试验。比如,可以在降落步骤进行前几小时打开2〜3 个水浴和湿度调节器。 10.把固定的细胞从一 20°C中 取 出(见步骤9)。室温下用医用离心机1000〜2000r/min离 心 5〜IOmin 沉积细胞。吸去多余的固定液,轻弹管壁重悬浮细胞。 11.配置新鲜的固定液(30m l 甲醇+ I O m l 乙酸),放置到降落室中。在放满1 〇〇% 甲醇的 Coplin广口瓶中放置几个新的显微载片。 12.用 Pasteur玻璃吸管加人足够的新鲜固定液重悬浮细胞,使溶液轻微混浊,但是仍可以看清吸管。 13.擦干一个显微载片,用力吹向载片至少3 次使其潮湿;在载片的降落面形成可见的雾化状态。把载片拿到与腰齐平,玻璃吸管与肩水平。确保细胞在充分悬浮状态(一定不能成团!)在载片上滴1〜2 滴细胞悬浮液。 14.用力吹向载片表面至少3 次使其潮湿。在湿度调节器的气流上放置载片至少10s。再向降落面吹3 次保持潮湿状态。垂直晾干。如果需要可用无棉纸擦拭载片背面。不要让载片太靠近湿度调节器。只要维持其潮湿状态即可,不能形成液滴。 15.载片干燥后,用相差显微镜和 20X 目镜观察扩散状态。染色体应该是干净的,呈暗色均一状态,有很好的延展状态,但是可清晰看出是由一个细胞裂解而形成的。如果染色体的扩散状态不佳,可以尝试在固定液中直接加入乙酸再重复。或者尝试从更高高度滴落,把甲 醇 :乙酸调整为 1 : 1,升高或者降低环境湿度。 16.向残留的细胞中加人 IOml新鲜固定液,用医用离心机1000〜200 〇 r/min 离 心 5〜l 〇 min。用之前可以在一 20°C 固定液中储存细胞。 17•把载玻片放在工作台或真空柜中过夜彻底干燥。在杂交之前,载玻片需在干燥器中储存1〜14d 。 α-卫星探针杂交染色体扩散 18•在 37°C 水浴中,把扩散干燥好的载玻片放人2X S S C 中孵育30〜90 min。 19.将预冷的7 0 % 乙 醇(在一20°C储存)装 入 Copliii广口瓶中拿到水浴前,在一2〇 °C执行如下系列乙醇洗涤使染色体扩散脱水。 a.7 0 % 乙醇洗 2 min。 b.8 0 % 乙醇洗 2 min。 c.100% 乙醇洗 2 min。 d•把载玻片从乙醇液中取出,一 次一片。用无棉纸吸干背部水分。 e. 放置在工作台上干燥lOmin。 20.72°C在 7 0 % 甲酰胺/2X S S C (P H 7.0)溶液中洗载玻片2m i n 变性样品。重复步骤1 9 的乙醇洗涤过程。将预冷的7 0 % 乙醇装人Coplin广口瓶中拿到72°C水浴前。放置在工作台上干燥I O m i n 或过夜。 21.在 20ul Hybrisol V I I 中加人0 •5/nl Vysis C E P -17探 针(或同等的非商品化探针),为每个预备杂交的载玻片准备一管。 72°C 变 性 5miri后放置在冰上。 22.将变性的探针直接加到每个载玻片上,盖上盖玻片。不要用橡皮泥或者指甲油封闭。在潮湿的盒子中孵育过夜(如放入湿的纸手帕的塑料盒;用 两 个 I O m l 吸管作为载玻片的支架)。 23.第二天,按如下步骤洗涤载玻片。在第一步洗涤中除去盖玻片。 a. 42°C在 6 5 % 甲酰胺/2X S S C (p H 7 . 0 ) 中清洗载片8 min (更高层次的cr卫星序列要进行更严格的清洗) b•用新鲜的6 5 % 甲酰胺/2X S S C (p H 7.0)重复清洗。 c. 37°C在 2X S S C 中清洗 8m i n 。 d•用Coplin光口瓶装满Milli-Q 处理水冲洗载玻片。甩掉多余的水分,用无棉纸吸干背部水分。 24•在潮湿的载玻片上加上 20〜40ulDAPI/防脱色mounting培 养 液(Vectashield)。用P2 0 吸管头轻轻将1 号 22X 50 盖玻片放置在每个载片上。轻轻地用无棉纸吸干盖片表面多余的mounting培养基。用指甲油封闭盖片边缘。在荧光显微镜观察之前,把玻片在室温下放置在暗玻片盒里至少2 h 。 4°C 长期储存。 试剂 Colcemid 溶 液(lOfxg/m l ; K a r y o M A X , G I B C O ) 甲 醇 / 乙 酸 溶 液(3 : I V /V ) 加 入 D A P I (V ectashield , V ector 实 验 室)的 M ounting 培 养 液 磷 酸 盐 缓 冲 液(PB S) PBS/0. 2% T rito n X-100 — 抗(抗 C E N P-A 鼠 单 克 隆 抗 体 ;S tressg en B io tech n o lo g ies) 二 抗(如 抗 鼠 IgG /若 丹 明 或 者 突 光 素 ; Jackson Im m unoresearch) 20 X SSC 将 175. 3 g N a C l 和 88. 2 g 柠檬酸钠 溶 解 在 800m l 水 中 ,用 1 4mol/L H C 1 调 节 pH到 7.0。加 水 至 1L。充分溶解高压灭菌。用前稀释。 仪器 装 备 相 差 镜 头 的 B e n ch to p 型 显 微 镜 医 用 离 心 机 荧 光 显 微 镜 Shandon C ytospin 4 cytocentrifuge (T h erm o E lectro n ) Shandon D ouble C ytofunnels (T h erm o E lectro n 5991039) Shandon D ouble C ytoslide,包 被 的(T h erm o E lectron 5991055) 标 准 组 织 培 养 装 置 ,包 括 15m l 圆 管 和 T - 2 5 烧 瓶 1•在 T -25 培养瓶中培养挑好的克隆细胞系。长 到 8 0 % 〜9 0 % 满后,每 瓶 加 人 25ulC o l m n i d 溶液。在 37°C 孵育大约 45m i n 。用显微镜观察圆形,分裂期细胞的产生。 2•在 C olcem id 孵育过后,把每个培养瓶中的大部分培养液转移到 15m l 圆形管中。在工作台上用力敲打 T -25 培养瓶 15〜20 次。用圆形管中的培养液冲洗新脱离的细胞,把 培 养 液(和细胞)转移回 15m l 圆形管中。 3 . 用医用离心机 200〇r/m i n 4°C 离心细胞 lO m in。 吸走培养液,轻弹管壁使细胞在残余培养液中悬浮。 4 . 边搅动边向每管细胞中逐滴加入 I m l 预 热(37°C ) 的 0.075mol/L K C l 。另外再加人4m l 预热的 0 •075m o l / L K C 1。将剩余的 0 •075m o l / L K C l 放置在冰上, 37°C 孵育细 5•装配标记 Shandon D ouble C y tofunnels。 用相应的为 C y to sp in 设计的包被显微载片,每片上有两个点进行细胞沉积。 6 . 室温用医用离心机 l 〇〇〇 r/m i n 离心细胞 5m i n 。轻轻倒出 0.075mol/L K C l 。用 3m l 冰上预冷的〇 • 〇 75m o l / L K C l 重悬浮细胞。.. 用转移吸管用力吹打确保全部悬浮。 7•每个 Cytofunnel 加 人 250〜300ul 细胞悬液。室温下 200r/m i n 离心 lOmin。 8 . 从 C y to s p in 上移走载片,干 燥 lO m in。 但不要完全干燥。将载片在室温下 PBS/0•2 % T rito n X-100 中孵育 6m in 。 9.用相差显微镜和20 X 目镜观察染色体扩散状态。 10.室温下用 4 % 甲醛/P B S /0. 2 % Triton X -100 固定细胞 lOmin。 11•用 P B S 清洗载片 5m i n ,立即用一抗(抗 C E N P -A 鼠单克隆抗体,用 P B S 稀释)赙育。在每个载片上盖上盖片(不要封闭), 37°C 在潮湿的柜中解育过夜。抗体的稀释浓度可以为1/50〜1/500。 12.用 P B S 洗载片两次,每次 5m i n 。 13.每张载片加入IOOm I 用 P B S l : 200 稀 释 的 二 抗(如抗鼠 I g G 与 F I T C /T R I T C 共价结合)。盖上未封闭的盖片,在潮湿的柜中 37°C 孵 育 l h 。 14•用 P B S 洗载片两次,每次 5m i n 。 15.室温下用 4 % 甲醛/P B S /0. 2 % Triton X -100 固定样品 IOmin (见步骤 1 〇)。 16.用水洗载片两次,每次 5m i n 。 17.室温下用甲醇/乙 酸 溶 液(3 : I V A O 固 定 样 品 15m i n 。室温下在暗处干燥载片 5m i n 。 18.85°C 在 7 0 % 甲酰胺/2X S S C 中变性样品 W m i n 11 19.在一20°C 执行如下系列乙醇洗涤脱水样品。 a. 7 0 % 乙醇洗 2m i n 。 b. 8 0 % 乙醇洗 2m i n 。 c. 100% 乙醇洗 2m i n 。 d. 室温下在暗处干燥载片。 20.当步骤 1 9 中 8 0 % 乙醇脱水步骤开始时, 85°C 孵 育 F I S H 探 针 5m i n 变 性(见方案4)。使用前在 37℃储存。 21.每个细胞圈加 7〜IOul 探针,盖上22m m X 22m m 正方形盖片(不要封闭)。在 37°C潮湿的柜子中(如放人湿的纸手帕的塑料盒;用 两 个 I O m l 吸管哦作为载玻片的支架)孵育过夜。 22.42°C 用 5 0 % 甲酰胺/2X S S C 洗载片两次,每次 10m i n 。然后 42°C 在 2X S S C 洗载片IOmin0 23.擦干每张载片的背面。每张载片加 3 滴 8ul Vectashield,盖上 1 号 24X 50盖片。用指甲油封闭盖片边缘。在荧光显微镜观察之前,可 在 4°C 储存。 试刻 用 Tris-EDTA (lOmmol/L T ris 、 lm m ol/L EDTA, pH 8. 5 ) 缓冲液准备浓度为 〇.2 ug/ul到 Iug/ul 的电泳级 BAC 载体骨架 D N A 溶液。 C O T-1 D N A (Invitrogen) dNTP 混 合 液(〇.lmmol/L) 混合 10/J 〇.3 mmol/L dA TP、 0. 3 mmol/L dCTP 和 0. 3 mmol/L dGTP。 d T T P (0. lm m o l/L ) 在 20ul 无核酸酶的水中加人IOul 0. 3mmol/L dTTP。 dU T P (0•2 mmol/L ; SpectrumGreen, SpectrumOrange,或 SpectrumRed; Vysis) 在 40ul 无核酸酶的水中加人 10M1〇 • 3 mmol/L dU TP。 乙 醇(1 0 0 % ) H 2O (无 核 酸 酶 ) 人 胎 盘 D N A (Sigma-A ldrich ) H ybrisol V II (Q bigene) nick T ran slatio n K it (V ysis) 乙 酸 钠(3m ol/L , p H 5.2) 仪器 琼 脂 糖 凝 胶 电 泳 标 准 器 材 ,包 括 分 子 质 量 标 记 方法 标记探针 1.把一个 离 心 管 放 置 在 冰 上 冷 却 。 2 .已 下 面 列 表 的 顺 序 在 其 中 加 人 如 下 组 分 。在 加 酶 之 前 轻 微 离 心 涡 旋 。 17.5〜 x ul 无 核 酸 酶 水 X ul 提 出 的 D N A (I p g ) 2.5 ul d U T P (0.2m m o l/L S pectrum G reen, S pectrum 5ul d T T P (0. lm m o l/L ) IOul d N T P 混 合 液 5ul IO X n ick tran slatio n 缓 冲 液 10ul nick tran slatio n 酶 总 体 积 50ul 3.轻微离心涡旋离心管。 15°C孵育 8〜16 h 。 4•在 70°C水浴中加热 I O m i n 终止反应。冰上冷却。 随着酶量和孵育时间的延长,小的探针片段也随之增加。要想获得小的探针片段,可以应用 如 下 条 件(以片段大小逐渐减少为序): 5ul 酶混合物+ 8 h 孵 育 , 5ul酶混合物+ I6 h 孵育 , IOftI 酶混合物+ 8 h 孵 育 以 及 IOul酶混合物+ 1 6 h 孵育。调整无核酸酶水的量以控制反 5•点样 10ul 用 2 % 的琼脂糖凝胶电泳检查探针的大小。大部分的探针应该在3 〇〇 bp附近。 沉淀探针 6.把 5ul(约 I O O n g 探针)的切口平移反应混合液加人离心管。加 人 1 ug C O T -1 D N A 、2ug 人胎盘 D N A 和 4ul纯水。加 入 1.2ul (0.1 体积)3m o l/L 乙 酸 钠(p H 5.2),再加 入 30ul(2.5 体积) 100% 乙醇沉淀 D N A 。轻微涡旋在干冰上放置 15m i n 。 7.4°C , 12 000r/min 离心 D N A 30m i n 。 8.移去上清,室温下真空干燥沉淀 10〜15m i n 。沉淀的探针可以以沉积状态储存在-20℃。 9.在 IOul Hybrisol V I I 中重悬浮沉淀。在使用之前,在 85°C 水 浴 中 加 热 5m i n 变性(见方案 3 , 步 骤 20)。重悬浮的探针可以在 4°C 储存少于 2 周或一20°C 未知时长。 如需了解更多产品详情,请前往阿拉丁官网查询。
BAC D N A
乙酸

之前预热到37°C 。
方 法
胞 12m i n 。
染色体颜色应为亮色,与背景差别较小,所以有些难于观察到。如果可以看到几个扩散,就可以断定有很多未看到的扩散存在。如果扩散很密集,用更多的〇. 〇75mol/L K C l 稀释细胞重复 Cytospin 步骤。
BAC D N A 模 板
O range 或 S pectrum R ed)
应 总体积在 50ul。
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