91311 (Ефекти, обумовлені введенням у клітини ссавців трансгена аполіпопротеїну А-1 людини), страница 2

Для конструювання векторів експресії використовували плазміди pTRhCMV-IEapo (Топорова і співав., 2004), pBacMam-1 «Novagen» (США), pTR-GT60 (Кордюм і співав., 2003), pTRUFneo^R- та pTRUF, які були люб`язно надані С. Золотухіним (Gene Therapy Center Vector Core Lab, США), pBluSKM («Fermentas», Литва), pTR-EGFP (Кордюм і співав., 2004).

Генно-інженерні маніпуляції з ДНК (виділення плазмідної ДНК, електрофорез ДНК в агарозному гелі, елюцію фрагментів ДНК, гідроліз ДНК рестриктазами, лігування ДНК, ПЛР) виконували згідно зі стандартними методами (Sambrook et al., 1989). Тотальну ДНК клітин виділяли за допомогою набору реактивів «Genomic DNA Purification kit» («Fermentas»). У процедурах молекулярного клонування застосовували ферменти виробництва «Fermentas». Тотальну ДНК/РНК з клітин печінки та крові тварин виділяли набором реактивів Рибо-золь А («Амплісенс», Російська Федерація). ДНК в пробах гідролізували за допомогою дезоксирибонуклеази 1 («Sigma»). Синтез кДНК проводили з використанням набору реактивів «Реверта L-100» («Амплісенс»).

Трансфекцію клітин ссавців in vitro та in vivo здійснювали за допомогою розгалуженого ПEI (25 кДа, «Aldrich» (США)). Препарат ДНК/ПЕІ готували у масовому еквіваленті 1:2, додаючи при перемішуванні розчин ПЕІ до розчину плазмідної ДНК.

При трансфекції до 5∙10⁵ клітин СНО-К1 вносили 5 мкг препарату плазмідної ДНК/ПЕІ. Відбір стабільно трансфікованих клітин СНО-К1 проводили на середовищі F10, що містить 20 % ембріональної телячої сироватки та 1 мг/мл антибіотика G418. Аналіз наявності білка АРОА1 у культуральному середовищі трансфікованих клітин СНО-К1 здійснювали методами ELISA, дот-блот та Вестерн-блот аналізу з використанням моноклональних антитіл MGH Laa («ИМТЕК», Російська Федерація).

Препарат ДНК/ПЕІ вводили ін`єкцією в паренхіму печінки піддослідних тварин: по 100 мкг та 240 мкг ДНК на тварину − щурам та кролям, відповідно. Введення препарату тваринам проводили при ультразвуковому дослідженні або при операції. Всі процедури проводили з використанням анестезуючих препаратів, згідно загальноприйнятих міжнародних правил поводження з тваринами. Аналіз наявності АРОА1 людини в плазмі крові піддослідних кролів здійснювали Вестерн-блот аналізом із використанням моноклональних антитіл 3F10 («ICN»,США). Кролям, які утримувались на холестериновій дієті щодня орально вводили 1,5 % розчин холестерину у рослинній олії з розрахунку 1 мг холестерину / кг ваги тварини. Визначення концентрації тотального холестерину у плазмі крові тварин проводили з використанням набору реактивів фірми «Sentinel Diagnostics» (Італія) та «Elitech Diagnostics» (Франція). Препарати тканин органів кролів готували згідно загальноприйнятих методів (Лили, 1969). Зрізи тканин забарвлювали розчинами гематоксиліну та еозину за Ван-Гізоном.

Статистичну обробку результатів проводили за допомогою програми Statistica 6.0.

Результати досліджень та обговорення. Для корекції дефіциту певного білка в організмі необхідно підтримувати таку концентрацію цільового білка, що відповідає його фізіологічній нормі або має терапевтичний ефект. При цьому для кожного білкового продукту ця концентрація буде індивідуальною. Фізіологічна концентрація АРОА1 у плазмі крові людини становить – 1,47±0,17 мг/мл (Bekaert et al., 1993). Таким чином, для корекції атеросклерозу необхідне досягнення високого рівня експресії трансгена АРОА1 людини.

Конструювання рекомбінантних плазмід для експресії АРОА1 людини in vitro та in vivo. На сьогодні створено велику кількість гібридних промоторів, які мають вищу швидкість ініціації транскрипції порівняно з промотором hCMV-IE. Продемонстровано, що введення до складу вектора експресії деяких геномних елементів, зокрема, інтронів та 3`- і 5`- послідовностей, які не транслюються, підвищує рівень експресії трансгена як in vitro (Palmiter et al., 1991) так і в трансгенних тваринах (Ebert et al., 1998). Механізм впливу таких послідовностей на рівень експресії трансгенів не в усіх випадках відомий, але його пов`язують з такими явищами, як підвищення частоти ініціації транскрипції, стабільності і ефективності транспорту і/або підвищення ефективності формування 3`-кінця мРНК при її дозріванні (Kawamoto et al., 1998). Тому, одним із перспективних шляхів підвищення рівня експресії трансгена є використання послідовностей, що містять не лише промотор, а також і перший інтрон гена, транскрипцію якого регулює даний промотор чи промотор іншого гена, у випадку гібридних послідовностей. В експериментах із використанням маркерних генів показано, що послідовності CAG та hCMV-ІA забезпечують вищий рівень синтезу трансгена in vitro порівняно з hCMV-IE (Niwa et al., 1991; Chapman et al., 1991; Xia et al., 2006). З використанням цих промоторів одержано трансгенні тварини (Okabe et al., 1997; Ishii et al., 1997) та здійснено експресію трансгенів in vivo (Xu et al., 2001). Враховуючи дані літератури, використання цих елементів регуляції транскрипції видається перспективним для підвищення рівня експресії трансгена АРОА1 людини в клітинах ссавців.

Як трансген у роботі використано повнорозмірний геномний варіант гена АРОА1 людини (рис. 1).

Для оцінки впливу вищезазначених гібридних послідовностей на експресію гена АРОА1 людини крім вихідної плазміди pTRhCMV-IEapo, яку створено співробітниками нашого відділу раніше (Топорова і співав., 2004), було сконструйовано рекомбінантні плазміди pTRCAGapo та pTRhCMV-IAapo. Для конструювання вектора експресії pTRCAGapo в плазміді pTRhCMV-IEapo промотор hCMV-IE було замінено на CAG. Для одержання цільової плазміди pTRhCMV-IAapo в плазміді pTRhCMV-IEapo промотор hCMV-IE було замінено на hCMV-ІA.

Для вивчення рівня експресії гена АРОА1 людини стабільно трансфікованими клітинами СНО-К1, до складу плазмід pTRhCMV-IEapo, pTRCAGapo та pTRhCMV-IAapo було клоновано ген неоміцинфосфотрансферази (neo^R), який дозволяє відбирати клітини на селективному середовищі з антибіотиком G418 та отримано плазміди pTRhCMV-IEapo neo^R, pTRCAGapo neo^R, pTRhCMV-IAapo neo^R.

Транзиторна експресія гена АРОА1 клітинами СНО-К1. Нами було досліджено експресію АРОА1 людини під контролем різних елементів регуляції транскрипції транзиторно та стабільно трансфікованими клітинами СНО-К1.

Перевагами використання транзиторної системи експресії є незалежність рівня експресії трансгена від «ефекту положення», тобто впливу регуляторних хромосомних елементів, оскільки експресія трансгена відбувається з неінтегрованих послідовностей. Дослідження рівня транзиторної експресії трансгена трансфікованими клітинами СНО-К1 проводили після трансфекції клітин препаратами ДНК/ПЕІ з рекомбінантними плазмідами: pTRhCMV-IEapo, pTRCAGapo та pTRhCMV-IAapo, що містять у своєму складі ген АРОА1 людини.

Наявність плазмідної ДНК у трансфікованих клітинах визначали на 6-ту добу після трансфекції за допомогою методу «nested» ПЛР. Для проведення ПЛР використовували розраховані нами за допомогою програми Vector NTI Advance 10 пари праймерів Ap-r/Ap-f та Ap(n)-f /Ap(n)-r (Гільчук та співав., 2006).

Синтезований АРОА1 людини секретується клітинами і тому його визначення проводили безпосередньо у культуральному середовищі. Для цього використовували таку схему: через добу після трансфекції змінювали середовище на безсироваткове, на наступну добу середовище повністю відбирали та зберігали при -20 ⁰С, а до клітин додавали свіже середовище без сироватки. Таким чином були відібрані проби культурального середовища на 2-5 добу після проведення трансфекції клітин.

На 2-гу добу після трансфекції Вестерн-блот аналізом було показано наявність АРОА1 людини в культуральному середовищі клітин трансфікованих рекомбінантними плазмідами pTRhCMV-IEapo та pTRhCMV-IAapo (рис. 2).

Встановлено, що рівень синтезу АРОА1 клітинами, трансфікованими плазмідою pTRhCMV-IAapo, складає ~ 3 нг білка/мл середовища за добу, в той час, як при трансфекції клітин плазмідою pTRhCMV-IEapo – ~ 0,4 нг/мл. Рівень експресії трансгена, що контролюється гібридною послідовністю CAG, був нижчий за чутливість використаного методу аналізу (< 0,2 нг/мл).

Експресія гена АРОА1 стабільно трансфікованими клітинами СНО-К1. Для порівняння сили промоторів, крім транзиторної експресії трансгена у низці випадків досліджують експресію у пулі стабільно трансфікованих клітин (Xia et al., 2006). Це дозволяє вилучити з аналізу клітини, в які при трансфекції не потрапив цільовий ген. З іншого боку, оскільки експресія трансгена відбувається з інтегрованих векторних послідовностей її рівень залежить від „ефекту положення”. Для зменшення впливу ефекту положення трансгена на рівень його експресії, досліджується експресія пулом стабільно трансфікованих клітин, а не окремими клонами.

Для дослідження синтезу АРОА1 людини у стабільно трансфікованих клітинах було проведено трансфекцію клітин СНО-К1 препаратами ДНК/ПЕІ з плазмідами: pTRhCMV-IEapo neo^R, pTRCAGapo neo^R та pTRhCMV-IAapo neo^R. Трансфіковані клітини відбирали на селективному середовищі, яке містило антибіотик G418. Після двох тижнів селективного відбору клітин, які були трансфіковані окремо кожною з плазмід, отримано не менш ніж 100 клонів стабільно трансфікованих клітин.

Оскільки селекцію клітин після трансфекції проводили лише за геном neo^R, важливо було встановити наявність гена АРОА1 людини в трансфікованих клітинах. Наявність трансгена визначали в пулі трансфікованих клітин ампліфікацією з різної кількості тотальної ДНК. При цьому визначали мінімальну кількість тотальної ДНК, продукт ампліфікації якої ще виявляли за допомогою електрофорезу. Встановлено, що різні пули стабільно трансфікованих клітин містять приблизно однакову кількість копій АРОА1 людини на клітину (рис. 3).

Для порівняння рівня експресії трансгена з різних регуляторних елементів у пулах стабільно трансфікованих клітин у чашки Петрі переносили по 1·10⁶ клітин, отриманих для кожної з одержаних рекомбінантних плазмід. Через добу середовище замінювали на безсироваткове, а через дві доби відбирали для аналізу. Аналіз проводили для пулів стабільно трансфікованих клітин (надалі стабільно трансфіковані клітини). Вміст АРОА1 у культуральному середовищі визначали методом ELISA (рис. 4).

Кількісний аналіз вмісту АРОА1 у культуральному середовищі проводили також Вестерн-блот аналізом (рис. 5). Встановлено, що рівні експресії гена АРОА1 людини клітинами, трансформованими pTRhCMV-IEapo neo^R, pTRCAGapo neo^R та pTRhCMV-IAapo neo^R, становили 156 нг/мл, 253 нг/мл та 634 нг/мл, відповідно. Одержані результати свідчать, що стабільно трансфіковані клітини СНО-К1, які були отримані для плазмід pTRCAGapo neo^R та pTRhCMV-IAapo neo^R, забезпечують вірогідно вищий рівень синтезу трансгена, порівняно з рівнем отриманим для pTRhCMV-IEapo-neo^R.

Аналіз тривалості знаходження трансгена АРОА1 людини in vivo. Важливим етапом при розробці генно-терапевтичних підходів до корекції генетичних дефектів людини є проведення експериментів на тваринах для встановлення таких характеристик системи доставки трансгена, як специфічність, ефективність, безпечність та інші.

Виходячи з результатів, одержаних на культурі СНО-К1, плазміда pTRhCMV-IAapo забезпечує найвищий рівень експресії гена АРОА1 людини порівняно з іншими сконструйованими нами плазмідами. Однак, із даних літератури відомо, що характер експресії з промоторів може відрізнятись для різних типів клітин, та для досліджень in vitro та in vivo (Xu et al., 2001; Xu et al., 2002). Тому, проводити вибір рекомбінантної плазміди для розробки підходу до ГТ атеросклерозу можливо лише після досліджень in vivo. Крім того, невідомо, який рівень експресії цільового білка можливо забезпечити запропонованим нами методом генно-терапевтичної корекції дефіциту АРОА1 людини in vivo та чи достатній цей рівень для отримання очікуваного терапевтичного ефекту. Тому перші експерименти на тваринах in vivo нами проводились з метою дослідження як характеристик запропонованої нами системи доставки трансгена (тривалість зберігання трансгена, його локалізація в організмі), так і для вивчення можливого рівня експресії гена АРОА1 людини в організмі кролів та здійснювався з використанням базової плазміди – pTRhCMV-IEapo.

Для дослідження тривалості знаходження трансгена АРОА1 людини, в організм піддослідних тварин ін’єкцією в паренхіму печінки вводили препарат плазміди pTRhCMV-IEapo. При цьому кількість плазмідної ДНК, яку вводили тваринам (щур – 100 мкг, кріль – 240 мкг), була максимально можлива для цього методу, та обмежена сумарним об’ємом препарату, який можливо ввести в паренхіму печінки тварин без видимих її пошкоджень. Тривалість зберігання трансгена в організмі аналізували за його наявністю у фракції тотальної ДНК тканин печінки через різні проміжки часу після введення плазміди pTRhCMV-IEapo. Аналіз проводили методом «nested» ПЛР з використанням пар праймерів Ap-f/Ap-r, Ap(n)-f/Ap(n)-r та Ap(h-Rab)-f/Ap(h-Rab)-r, Ap(h-PigRab)-f/Ap(h-PigRab)-r), розрахованих нами для виявлення ДНК АРОА1 людини на фоні тотальної ДНК клітин щура та кроля, відповідно (Гільчук та співав., 2006).