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编号:10233306
转基因肿瘤细胞端粒酶活性表达人和小鼠的差异性*
http://www.100md.com 《世界华人消化杂志》 1999年第3期
     作者:李正生1 朱正纲1 尹浩然1 陈诗书2 林言箴1

    单位:上海第二医科大学瑞金医院 1上海消化外科研究所 2人类基因治疗研究中心 上海市 200025

    关键词:肿瘤细胞,培养的;端粒酶;白细胞介素-2;肿瘤坏死因子

    中国图书资料分类号 R73

    中国图书资料分类号 R73-354

    摘 要

    目的 人和小鼠正常体细胞端粒酶的活性,存在着种属差异性. 肿瘤细胞中端粒酶活性的变化是否亦存在种属差异性尚不清楚. 因此,我们在人和小鼠的肿瘤细胞系中,分别转导细胞因子基因IL2和(或)TNFα,以观察其对肿瘤细胞增殖活性及端粒酶活性的影响.
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    方法 首先将目的基因IL2和(或)TNFα构建入pLXSN或pGCEN逆转录病毒载体,用脂质体法转染PA317细胞进行病毒包装,再以病毒颗粒分别感染MKN28,MKN45,Tca8113及H22细胞,后者经G418筛选、挑克隆及扩增培养,然后用PCR,RT-PCR及Southern blotting鉴定其外源基因的整合及表达,并制作细胞生长曲线,以观察肿瘤细胞增殖活性变化,同时用TRAP-PCR法观察转基因肿瘤细胞端粒酶活性变化.

    结果 人MKN28,MKN45及Tca8113转导IL2或TNFα后,肿瘤细胞增殖受到不同程度的抑制;相应地,其端粒酶活性也受到抑制. 而小鼠H22细胞转导IL2和(或)TNFα后,增殖未受抑制,端粒酶活性亦未受抑制.

    结论 人和小鼠肿瘤细胞系中转细胞因子基因IL2和(或)TNFα后,端粒酶活性及肿瘤细胞增殖发生不同的变化,提示肿瘤细胞中端粒酶的作用机制,在人和小鼠中可能也存在种属差异性.
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    Diversity of telomerase activity in human and murine tumor cells

    transfected with cytokine genes*

    LI Zheng-Sheng1, ZHU Zheng-Gang1, YIN Hao-Ran1, CHEN Shi-Shu2 and LIN Yan-Zhen1

    1Shanghai Institute of Digestive Disease Surgery, Ruijin Hospital, 2The Center for Human Gene Therapy, Shanghai Second Medical University, Shanghai 200025, China
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    Subject headings tumor cell, cultured; telomerase; interleukin-2; tumor necrosis factor

    Abstract

    AIM Telomerase activity of somatic cells and its trans forms in vitro may possess diversity between human and murine. To investigate the diversity of the proliferation and the telomerase activity, we have constructed IL2 and/or TNFα into human and murine tumor cell lines.

    METHODS First, we constructed IL2 and TNFα genes into pLXSN and pGCEN vector. Secondly, the viral particles transfected into PA317 cells to package. Thirdly, the vira infected the tumor cell lines, such as MKN28, MKN45, Tca8113 and H22. Fourthly, the cell clones were selected by G418,and then amplified by cell culture. Finally, we identified the integration and expression of IL2 and/or TNFα genes with the methods of PCR, RT-PCR and Southern blot,and made the proliferation curve and determined the telomerase activity.
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    RESULTS The proliferation of MKN28, MKN45 and Tca8113 cell lines transfected with IL2 or TNFα was inhibited, and the telomerase activity was also inhibited. The proliferation of murine tumor cell line H22 transfected with IL2 and/or TNFα, however, was not inhibited, neither was the telomerase activity .

    CONCLUSION Variations of the proliferation and telomerase activity indicate that diversity exists between human and murine tumor cell lines in terms of telomerase effect on tumor cell proliferation.
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    0 引言

    大量实验研究结果显示,端粒酶活性存在于绝大多数的人类各种肿瘤细胞中,而正常组织细胞除生殖细胞及干细胞以外皆无[1]. 然而,与人类不同的是,小鼠不仅肿瘤细胞和生殖细胞中有端粒酶活性存在,且正常体细胞中亦有;并在体外培养时,较之人类体细胞更易转化[2]. 这一结果提示了端粒酶活性对于细胞生长增殖作用中,可能存在种属差异性. 当前在肿瘤基因治疗中,已知多种细胞因子基因如IL2和TNFα,具有体内外抗肿瘤活性,可抑制肿瘤细胞的生长增殖[3]. 因此我们用该二种细胞因子基因,转导多种人类及小鼠的肿瘤细胞系,如MKN28,MKN45,Tca8113及H22等,观测其端粒酶活性的变化,以期探讨人和小鼠肿瘤细胞中端粒酶活性对恶性增殖的影响的种属差异性.

    1 材料和方法

    1.1 材料 ①试剂:TRAP-PCR检测试剂盒(Geron公司)、硝酸银染色试剂、细胞培养试剂及PAGE电泳试剂,阳离子脂质体LIPOFECT AMINE,筛选试剂G418(Gibco公司). ②肿瘤细胞系:MKN45,MKN28,Tca8113,H22等,均购自中国科学院细胞所;包装细胞系PA317细胞、目的基因IL2及TNFα、逆转录病毒载体pLXSN及pGCEN等,均由上海第二医科大学人类基因治疗研究中心提供.
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    1.2 方法

    1.2.1 细胞培养 于每培养瓶中接种1×104个细胞,培养于潮湿的含50mL/L CO2的培养箱中,37℃恒温培养. 培养至7d左右收集细胞并计数. 于光学显微镜下人工计数时,用0.2g/L胰酶消化,加等体积含4g/L台盼蓝的PBS以剔除死细胞. 实际细胞数为所计数的细胞数乘以稀释倍数,制作生长曲线.

    1.2.2 基因转导、表达及鉴定 经过鉴定的pL(IL2)SN,pL(TNFα)SN,pGCEN/IL2,pGCEN/IL2-TNFα逆转录病毒质粒,用阳粒子脂质体Lipofect Amine介导转染PA317细胞,经G418筛选后,挑抗性克隆培养扩增. 然后收集病毒上清,经测定病毒滴度后,分别感染肿瘤细胞:使MKN28-TNFα,MKN45-IL2,MKN45-TNFα,Tca8113-IL2,Tca8113-TNFα,H22-TNFα及H22-TNFα+IL2细胞分别持续稳定表达其相应的细胞因子. 经PCR,RT-PCR,Southern blot及Northern blot分析外源基因整合及其表达,及进行IL2和TNFα生物活性的检测.
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    1.2.3 端粒酶活性检测 见参考文献[4].

    2 结果

    基因整合、表达及细胞因子的生物活性经PCR,RT-PCR,Southern blot及Northern blot分析,均证实IL2及TNFα分别整合于MKN45,MKN28,Tca8113及H22细胞基因组中,并可持续稳定表达. 病毒滴度及细胞培养上清的IL2和TNFα的生物活性均在较高水平.

    2.1 MKN28-TNFα,MKN45-IL2及MKN45-TNFα细胞的增殖活性变化 MKN28-TNFα,MKN45-IL2及MKN45-TNFα细胞的增殖活性均降低(图1).195-1.gif (11592 bytes)
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    图1 转基因肿瘤细胞系MKN28及MKN45的细胞生长曲线.

    2.2 MKN28-TNFα,MKN45-IL2及MKN45-TNFα细胞的端粒酶活性变化 转基因后的各个肿瘤细胞系的端粒酶活性均降低或消失.

    2.3 Tca8113-IL2及Tca8113-TNFα细胞的增殖活性变化 Tca8113-IL2及Tca8113-TNFα细胞的增殖活性均受到一定程度的抑制(图2).195-2.gif (7544 bytes)

    图2 转基因肿瘤细胞系Tca8113的细胞生长曲线.

    2.4 Tca8113-IL2及Tca8113-TNFα细胞的端粒酶活性变化 二者端粒酶活性均降低.
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    2.5 H22-TNFα及H22-TNFα+IL2细胞的增殖活性变化 H22-TNFα及H22-TNFα+IL2细胞的增殖活性均未受到抑制(图3).195-3.gif (8015 bytes)

    图3 转基因小鼠肿瘤细胞系H22的生长曲线.

    2.6 H22-TNFα及H22-TNFα+IL2细胞的端粒酶活性变化 H22-TNFα及H22-TNFα+IL2细胞的端粒酶活性均未受到抑制.

    3 讨论

    端粒酶是一种特殊的DNA端粒末端转移酶[5]. 由于端粒的长度直接决定细胞的寿命,而端粒必须由端粒酶合成,因此端粒酶的有无与细胞分裂、增殖密切相关[6]. 端粒酶活性存在于绝大多数的人类各种肿瘤细胞中,而正常组织细胞除生殖细胞及干细胞以外皆无. 研究表明,与人类不同的是,于小鼠不仅肿瘤细胞和生殖细胞,且正常小鼠体细胞中亦有端粒酶活性存在,并在体外培养时,其体细胞较之人类体细胞更易转化[2]. 这一结果提示了端粒酶活性对于细胞生长增殖作用中可能存在种属差异性. 研究还表明,多种细胞因子如IL2及TNFα对肿瘤细胞具有直接或间接的杀伤作用[3,4]. 因此将细胞因子基因导入肿瘤细胞, 可分泌细胞因子, 发挥抗肿瘤效应. 本组试验将IL2及TNFα基因,用逆转录病毒在体外转导入人和小鼠的肿瘤细胞系,显示人和小鼠所获得的结果迥然不同:人的肿瘤细胞系MKN28,MKN45及Tca8113等,分别转入IL2或TNFα基因,其增殖活性部分受抑制,其端粒酶活性亦部分或全部被抑制;而于小鼠的肿瘤细胞系H22,转入IL2和(或)TNFα基因,其增殖活性及端粒酶的活性均无变化. 人和小鼠体细胞的端粒酶活性及其作用,存在明显不同.
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    本试验中所显示的人和小鼠转基因肿瘤细胞增殖活性和端粒酶活性变化的不同,可能是由于人和小鼠的体细胞及肿瘤细胞中的端粒酶活性,对细胞生长增殖作用的不同有关. 对肿瘤细胞而言,一方面可能是细胞因子的持续稳定表达,可以抑制端粒酶的活性,另一方面端粒酶活性的降低可能只是肿瘤细胞生长增殖受抑制的一个表现. 对小鼠的肿瘤细胞而言,一方面可能细胞因子的持续稳定表达并不能抑制端粒酶的活性,另一方面可能是端粒酶虽然受抑制,但又被重新激活,因而不能抑制肿瘤细胞的生长增殖.

    最近Blasco et al[7]所做的小鼠mTR敲除的著名实验,在进一步证实端粒酶对于保持端粒的长度是必须的,但对其细胞生存、肿瘤基因转化及肿瘤形成等,并不一定需要端粒酶. 在人类还没有发现类似现象. 这与本实验发现的转细胞因子基因后,人与小鼠肿瘤细胞系中端粒酶的不同变化的结果一致. 另外,Decary et al[8]曾采用Southern印迹法检测来检测转基因的靶细胞的端粒长度,发现其细胞增殖力的下降伴随端粒长度的缩短,因此认为可将端粒长度,作为判断转基因细胞增殖活性的一个生物学标记(Bio-marker). 本组对人和小鼠的转细胞因子基因IL2和(或)TNFα的肿瘤细胞系的端粒酶活性的检测,显示了转基因肿瘤细胞的增殖活性下降与端粒酶活性下降相一致的改变,因此端粒酶活性检测可望成为另一个判断转基因细胞增殖活性的一个生物学标记.
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    作者简介:

    李正生,男,1962-12-17生,汉族. 1982年河南省许昌卫校医学专业毕业后一直从事普外科临床工作. 1992/1998上海第二医科大学外科学硕士、博士,主要从事胃肠肿瘤的基因诊断及治疗研究,发表论文6篇. 导师:林言箴教授.

    *国家自然科学基金资助课题,No.39770725.

    通讯作者 李正生,200025,上海第二医科大学瑞金医院 上海消化外科研究所,上海市瑞金二路197号.

    *Supported by the National Natural Science Foundation of China, No, 39770725.

    Correspondence to:LI Zheng-Sheng, Shanghai Institute of Digestive Disease Surgery, Ruijin Hospital, Shanghai Second Medical University, 197 Ruijin 2nd Road, Shanghai 200025, China
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    Tel. +86.21.64373909, Fax. +86.21.64373909

    4 参考文献

    [1] Kim NW, Piatyszek MA, Prowse KR, Harley CB, West MD, Ho PL. Specific association of human telomerase activity with immortal cells and cancer. Science, 1994;266:2011-2015

    [2] Prows KR, Greider CW. Developmental and tissue-specific regulation of mouse telomerase and telomere length. Proc Natl Acad Sci USA, 1995;92:4818-4822
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    [3] Tahera H, Lotze MT, Robbins PD. IL-2 gene therapy using direct injections of tumors with genetically engineered autologous fibroblasts. Hum Gene Ther, 1995;6:1607-1624

    [4] 李正生,朱正纲,尹浩然,陈诗书,林言箴. 改进TRAP- PCR方法端粒酶活性检测及其对恶性实体瘤早期诊断的价值. 华人消化杂志,1998;6:939-941

    [5] Zakian VA. Life and cancer without telomerase. Cell, 1997;91:1-3

    [6] Bodnar AG, Ouellette M, Frolkis M. Extension of life-span by introduction of telomerase into normal human cells. Science, 1997;279:349-352
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    [7] Blasco MA, Lee HW, Hande MP, Samper E, Lansdorp PM, DePinho RA. Telomere shortaning and tumor formation by mouse cells lacking telomerase RNA. Cell, 1997;91:25-34

    [8] Decary S, Mouly V, Butler-Browne GS. Telomere length as a tool to monitor satellite cell amplification for cell-mediated gene therapy. Hum Gene Ther, 1996;7:1347-1350

    收稿日期 1998-11-26, http://www.100md.com(李正生1 朱正纲1 尹浩然1 陈诗书2 林言箴1)