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编号:10235116
杜氏利什曼原虫39KD抗原基因同源性分析
http://www.100md.com 《川北医学院学报》 1999年第4期
     作者:敬保迁 胡孝素 覃智

    单位:敬保迁(川北医学院微生物学教研室 南充 637000);胡孝素 覃智(华西医科大学寄生虫学研究室 成都 610044)

    关键词:杜氏利什曼原虫;39KD抗原基因;同源性

    川北医学院学报990401摘要 目的:确定杜氏利什曼原虫39KD抗原基因的基因分析与同源性。方法:以杜氏利什曼原虫39KD抗原基因为探针,与不同种株的利什曼原虫进行Southern杂交,确定不同种株的利什曼原虫该基因的变化,并将该基因序列测定后,进行DNA序列数据库检索,分析其同源性,并进行数据库登记。结果:杜氏利什曼原虫不同地域株及婴儿利什曼原虫基因组中均含有该基因,并且无明显定位变化,整个基因在DNA数据库中无完全DNA同源序列,在GenBanK 中的序列号为3280。结论:该抗原基因是利什曼原虫保守基因。

    文章编号:1005-3697(1999)04-0001-03 中图分类号:R382.2+2 文献标识码:A
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    Characterization of the gene encoding 39KD antigen of Leishmania donovani

    Jing Baoqian

    Department of Microbiology, North Sichuan Medical College

    Hu Xiaosu,Qin Zhi

    Laoratory of Parasitology, West China University of Medical Sciences

    Abstract We have previously cloned and expressed a DNA fragment encoding 39KD antigen of Leishmania donovani promastigotes using the λgt11 DNA as the vector, the expression product was not fused to the β-galactosdase that encoded by the lead sequence of the vector. In this paper, we sequenced the 39KD antigen gene and demonstrated the DNA sequence homologies using the FASTAN and the BLASTN algorithm. Result that the 5′ terminal sequence similar to the interval region of the α-tubulin and the gGADPH, and similar to the promoter sequence from prokaryotic cell. Then, the genomic DNA of different Leishmania species and strains was identified to the 39KD antigen gene using Southern blot technique. Result that the 39KD antigen gene distributed in all Leishmania species and strains. These shown the 39KD antigen gene is a specific gene of genus Leishmania., and the 5′ terminal seuence of the 39KD antigen gene can promote gene expressing in Leishmania and prokaryotic cell.
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    Key Words Leishmania donovani 39KD antigen Homogenize

    利什曼原虫为真核型单细胞低等动物,通过对其个体基因研究,不仅可以为利什曼病的控制寻找到有效方法,而且也是对真核生物生命的本质认识。国外学者对利什曼原虫微管蛋白基因[1]、GP63基因[2]、GP46/M-2基因[3]、HSP70基因[4]和各种耐药基因[5]等进行深入认识,已取得了令人瞩目的成就。我们先前以杜氏利什曼原虫基因组DNA片段为目的片段构建表达型基因文库[6],筛选到对内脏利什曼病有诊断价值的39KD抗原表达克隆,并对其基因结构进行了初步研究[8]。本次主要对其在利什曼原虫不同种株间的分布和同源性进行探讨。

    1 材料与方法
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    1.1 利什曼原虫培养与核DNA制备 取本室保种杜氏利什曼原虫江苏人分离株(MHOM/CN/84/JS1)、杜氏利什曼原虫山东人分离株(MHOM/CN/84/SD1)、杜氏利什曼原虫Jeddah株(MHOM/SA/81/Jeddah/KA)、杜氏利什曼原虫四川人分离株(MHOM/CN/86/SC6)、杜氏利什曼原虫四川犬分离株(MCAN/CN/86/SC9)、杜氏利什曼原虫甘肃人分离株(MHOM/CN/83/GS2)、杜氏利什曼原虫甘肃犬分离株(MCAN/CN/60/GS1)和婴儿利什曼原虫(MCAN/TN/78/LEM78)前鞭毛体,至199复合培养液中(含10%小牛血清)轻微震荡无菌扩大培养,收集虫体,按文献[12]所述方法制备基因组DNA。

    1.2 39KD抗原基因探针的制备 取本室所亚克隆的含杜氏利什曼原虫39KD抗原基因的质粒pXJ15(基础质粒为pUC18),大量制备后用EcoRI酶切,低融点琼脂糖凝胶电泳法回收39KD抗原基因DNA,用地高辛标记试剂盒(购自德国宝丽曼公司)进行标记。
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    1.3 Southern杂交分析[9] 利什曼原虫基因组DNA用限制性核酸内切酶AluI过夜消化后,0.8%琼脂糖凝胶电泳,毛细吸印法转移至尼龙膜上,以地高辛标记的杜氏利什曼原虫39KD抗原基因DNA探针进行过夜杂交,洗脱条件为:2*SSC缓冲液,室温,3*15min;0.1*SSC缓冲液,68C,3*15min。

    1.4 序列测定[10] 大量制备pXJ15质粒DNA,经PEG沉淀法纯化后,以phamarcia自动测序仪Sanger双脱氧法测定序列。并根据两端所测得序列人工合成一对引物,对中间段DNA序列进行测定。

    1.5 序列同源性分析 计算机辅助以FASTA软件和BLAST软件将杜氏利什曼原虫39KD抗原基因DNA序列进行数据库联检(GenBank+EMBL+DDBJ+PDB)和分析。

    2 结 果
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    2.1 39KD抗原基因在利什曼原虫种群中的分布 以杜氏利什曼原虫39KD抗原基因为探针,分别对杜氏利什曼原虫山丘分离株(四川人分离株、四川犬分离株、甘肃人分离株、甘肃犬分离株),平原分离株(江苏人分离株、山东人分离株、Jeddash株),以及不同株的婴儿利什曼原虫进行Southern识别,结果对不同株的利什曼原虫基因组DNA均具有4条识别带,并且各株利什曼原虫间识别带大小相同。说明不同株的利什曼原虫均含有39KD抗原基因,基因定位相同。

    2.2 39KD抗原基因序列测定 以M13通用引物进行测序,第一次5′端测得567bp,3′端测得548bp,再根据5′端和3′端已测序列人工合成一对荧光标记引物,对中间未知DNA序列进行测定,共测得序列总长为1222NT(图1),去除两端载体序列79NT,得插入子序列长为1143NT,编码氨基酸序列长为381残基。

    ATGATACGAA TTCCGCCTCG ATAACACCCC CACACACACA GAGAGATGAG CAATGTAAAC
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    AACAGGCGCA GCAAGAGGCG AAGCTCCCCA CCAAAACAGC TGGGCAAGCT AGAATGACTA

    CCTCACATGC AGGGGCCACA CACGCGCACG TACACGTACA CACCTACACA CAGACAGAAA

    AGGGGACTCG CTAATGTGGC AGTCGCAACC ACGGAAAGAC TATGAGGATG GTGTGACGGT

    GTCTGCACGT GATCGGCGCG TGAGANAGAA CAGGGGTGCG AGGGTATGCG GGGGAGGGAC

    TNACNNANGG CTACAGCGGT GAGGAAAATT ATGTGTGCTT GACTAATACA CACACACACA
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    CCAGGCAGGG GGAGCACAAA CAAAGGTAGG AGGTAGTAGA TACGGAAGCG TACAGGCACG

    CGCACTGGCG CACGTACGTC TATACGCGCT TGCGCACACC CACACGCACA CGCACACACA

    CACACACACA CACACACACA CACACACACA CACACACACA CGTGCTAAGA CACGCACAGA

    AAGTAGAATG TGAAGCGGGG ATTATATGGA TGAGTGTAGA CGTGTATATT ACGTGTATAT

    ATATATATAT ATATATATAT ATATATATGT ATATGTGTGT AGTCGGGGGG GTAGGTGCCG
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    GACTGGTGAG TGTTGAAATG TCGGAGGCTA GCTGACAGAG AAAACCTGGA GAGCTAAAAG

    AGGAAAAAGG CGAACAAAAG GGTAAGCGTA AAGAAAAAAA TTCCTATCAC CGCACGTAGC

    TAACCGTGTG CGTGCGTATG CCGATGTGGA GTGAAGAGGG GAGAACGTGG GAGTGAGATA

    AGGGGGGGGG GAGGAAGGAG ACACAGAGAT GATACTCAGA GACACAGGGG GGAGGTGGTG

    AACATTACGA TGGTGGTGAC CCACACCTAC GGGGACCCTA GGTTGTGTGC AACTTCATGT
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    AGTGCATAGT GTTGTCTCAC CTGCGTAGTA GGGCTATGAG GAAAGAGTAA AGGCCGGGGG

    CGAGGGGGAG GGGGCGCTGC CAGCCACTCC TCTCCCCCCC GCTGGCACAA TCACTACTCG

    TGCTTCCACC ATTTTGCACC AGGTTTCTGC CCAAATCAAG AAGCGATTTC CACGGTAGTG

    GCGGAATTCG AGCTCGGTAC CCGGGGATCC TCTAGAGTCG ACCTGCAGGC ATGCAAGCTT

    GGCACTGGCC GTCGTTTTAC AA

    图1 杜氏利什曼原虫39KD抗原基因DNA序列
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    Fig.1.The DNA sequence of Leishmania donovani 39KD antigen gene

    2.3 39KD抗原基因同源性分析[11] 我们以计算机辅助通过计算机国际互联网对GENBANK进行查询,首先以39KD抗原基因整个DNA序列为基准序列BLASTN法进行查询,未见明显同源序列。再以39KD抗原基因5′端+100——+400NT为基准序列BLASTN法对GENBANK进行检索,仍未发现完全同源序列,同源性相对较高的序列是有关秀丽隐杆线虫的基因序列;再将基准序列两端延伸,以39KD抗原基因5′端+20——+500NT为基准序列BLASTN法对GENBANK进行检索,发现与一些双向载体序列、LACZ基因序列、利什曼原虫α-微管蛋白基因间区、布氏锥虫3-磷酸甘油醛脱氢酶基因间区等有一定程度的同源性,而这些序列均具有启动基因表达性质。

    以39KD抗原基因3′端+570——+1143NT为基准序列,BLASTN法对GENBANK进行同源性查询,亦未见完全同源序列,同源性相对较高的序列包括圭亚拉利什曼原虫GP63抗原基因(LEIZGP63,L16776),硕大利什曼原虫二氢叶酸还原酶基因次之(LMDHFRT1,X51773、Y00124),为了进一步揭示它们间的同源关系,将39KD抗演基因3′端+570——+1143NT与L18778进行配对分析,L16776的最大同源区为+11——+334NT间,同源性为62.376%。
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    3 讨 论

    先前我们已经研究证实:杜氏利什曼原虫39KD抗原肽段具有特异性诊断内脏利什曼病价值。我们以39KD抗原基因为探针对各种株利什曼原虫核DNA进行Southern杂交分析证实:39KD抗原基因存在于不同种株的利什曼原虫,基因定位与基因完全相同。我们又对39KD抗原基因DNA序列和蛋白质序列通过计算机互联网络进行类似性查询,结果未见完全同源序列。说明39KD抗原基因为一属特异性基因。

    由于39KD抗原基因DNA片段插入λgt11载体与β-半乳糖苷酶基因融合表达时,编码蛋白与β-半乳糖苷酶蛋白呈分离形式存在,我们曾认为该抗原基因5′端具有一定特殊性(7)。我们以5′端局部DNA序列为基准序列,经GENBANK同源性查询,结果证实该基因与一些双向表达载体启动子序列间存在同源性。并且与锥虫属原虫内已研究证实具启动性质的α-微管蛋白基因间区和布氏锥虫3-磷酸甘油醛脱氢酶基因5′端序列在原核细胞内具有启动性质。可以利用该基因片段购建新一代双向表达质粒载体,通过利什曼原虫细胞表达具有生物活性蛋白质。
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    39KD抗原基因5′端与原核细胞启动子序列间存在一定同源性,说明利什曼原虫虽然隶属真核生物细胞,在进化过程中,还保留着原核生物的痕迹;3′端序列与利什曼原虫GP63基因和二氢叶酸还原酶基因间亦存在一定同源性,极有可能是同一祖先基因序列进化而来。后两者均是利什曼原虫的重要抗原,可以刺激机体产生较强的保护性免疫力,39KD抗原肽段能否刺激机体产生保护性免疫力,是否存在与GP63基因和二氢叶酸还原酶相同或空间结构相似的抗原决定簇,能否用这些抗原决定簇氨基酸序列和模板研制利什曼病多肽疫苗,均有待更加夘全地研究。

    参考文献

    1 Zhang W, et al. Nucleic Acids Research 1995;23(20):4073-4080.

    2 Abdelhak S, et al. Microbiology 1995;141:1585-1592.
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    3 Lohman KL, et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1990;87:8393.

    4 Lee MG-S, et al. Nucleic Acids Research 1988;16:9567.

    5 Titus RG, et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1995;92:10267-10271.

    6 敬保迁,等.中国寄生虫学与寄生虫病杂志,1994;12(1):59-61.

    7 敬保迁,等.中国寄生虫学与寄生虫病杂志,1994;12(2):107-110.

    8 敬保迁,等.中国寄生虫学与寄生虫病杂志,1994;12(2):107-110.
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    9 Sambrook J, et al. Molecular Cloning:a laboratory manual(Cold Spring Harbor Laboratory, New York)1989.

    10 Sanger F, et al. Proc. Nat1. Acad. Sci. USA 1977;74:5463.

    11 Pearson WR, et al. Methods Enzymol. 1990;183:63-98.

    12 Lu F, et al. The Abstracts of the Tenth Japan-China Joint seminar on Parasitic Diseases(Tokyo)1996;71-74.

    收稿日期:1999-09-28, 百拇医药