EIAV Rev 核輸出活性檢測系統的建立

張萌萌，高 敏，張相敏，王雪峰*，王曉鈞*

（1.吉林農業大學動物科學技術學院，吉林 長春 130118；2.中國農業科學院哈爾濱獸醫研究所獸醫生物技術國家重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150069）

馬傳染性貧血病毒（Equine infectious anemia virus，EIAV）是逆轉錄病毒科慢病毒屬的成員之一，主要感染馬屬動物。EIAV 引起馬屬動物出現反復發熱、消瘦、貧血和進行性衰弱為特征的傳染性疾病稱為馬傳染性貧血?。‥quine infectious anemia，EIA）。EIAV 是基因組結構最簡單的慢病毒，基因組全長約8.2 kb，可以編碼3 個結構蛋白（Gag、Pol和Env）和3 個附屬蛋白（tat、Rev 和S2）。病毒蛋白表達調節因子（Regulator of expression of viral proteins，Rev）是所有慢病毒屬成員均具有的附屬蛋白，其主要功能是介導未經剪切的病毒基因組RNA 和不完全剪切的病毒mRNA 從細胞核運輸到細胞質，從而實現病毒結構蛋白表達和病毒粒子生成[1]。通常將Rev介導病毒mRNA 核質運輸的生物學功能簡稱為核輸出活性（Nuclear-export activity）。

EIAV Rev 蛋白包括3 個主要的功能域：分別為核輸出信號（Nuelear export signal，NES）、核定位信號（Nuelear loaclization signal，NLS）以及RNA 結合區域（RNA-binding domain，RBD）[2]。Rev 通過RBD 與病毒mRNA的特定序列（Rev responsive element，RRE）結合，將病毒Gag-Pol或Env的mRNA運輸至胞漿，實現病毒結構蛋白的表達[3]。EIAV 的RRE 長約555 nt，具有特定莖環結構，位于env基因的N 端，與Rev 編碼基因的第一外顯子重疊[4]。研究表明，EIAVrev基因具有高變異性，而且rev的變異與疾病轉歸相關[5]。為建立EIAV Rev 的核輸出活性檢測方法，本研究利用Gag-Pol 的表達依賴于Rev 與RRE 結合促進其mRNA 核輸出的原理，克隆了EIAV 的Gag-pol 編碼區序列以及RRE，構建了真核表達載體pGagpol-RRE。由于pGagpol-RRE 單獨轉染HEK293T 細胞不表達，僅在Rev 的作用下才能在HEK293T 細胞中表達。所以，將pGagpol-RRE 與Rev 表達載體（pcDNARevFDDV-HA）共轉染HEK293T 細胞，利用western blot 在細胞裂解液中可檢測到Gag 的表達，通過檢測Gag 的表達來評估Rev 的核輸出活性。

1 材料與方法

1.1 質粒、菌株和細胞pLGFD3-8、pcDNA-HA、pcDNA-RevFDDV-HA、pEGFP-N1 質粒、HEK293T 細胞均由本實驗室保存；pcDNA-RevL36A-HA 是在pcDNARevFDDV-HA 的基礎上獲得的L36A 突變質粒；pcDNARevUK-HA、pcDNA-RevNewmarket-HA、pcDNA-RevCornwall-HA、pcDNA-RevF2-HA、pcDNA-RevSA-HA、pcDNA-RevDEHA、pcDNA-RevMiyazaki-HA、pcDNA-RevDevon-HA、pcDNA-RevPA-HA 等不同Rev 表達質粒均由蘇州金唯智生物科技有限公司按照GenBank 中各EIAV 病毒株的rev基因序列（不同Rev 基因的Genbank 登錄號分別是：UK，AF016316.1；Newmarket，MH580896.1；Cornwall，MH580898.1；F2，JX48063-1.1；SA，KM24 7555.2；DE，KM247554.1； Miyazaki，JX003263.1；Devon，MH580897.1；PA，GQ855756.1）合成后克隆于pcDNA-HA 載體。E. coilDH5α 感受態細胞購自北京天根生化科技有限公司。

1.2 主要試劑PolyJet DNA In Vitro Transfection Reagent購自SignaGen Laboratories公司；KOD高保真DNA聚合酶購自TOYOBO 公司；膠回收試劑盒購自Omega公司；新生牛血清（FBS）購自Wisent公司；EIAV p26單克隆抗體（MAb）由本實驗室保存；鼠HA MAb 購自Sigma 公司；DyLightTM800 標記的IgG 羊抗鼠購自KPL公司；蛋白Marker 購自Thermo Fisher Scientific 公司；質粒大提試劑盒購自Thermo Fisher Scientific公司。

1.3 重組質粒的構建根據EIAV 驢胎皮膚細胞弱毒疫苗（EIAVFDDV）基因組序列（GU385361.1）設計特異性引物（Nhe-Gagpol-F：5'-CTAGCTAGCATTTG GTCGCTCAGATTCTGCGG-3'/xho-Gagpol-R：5'-GGCTC GAGCATACACCAAACCTTATAACAGA-3'；xho-RREF：5'-AAACTCGAGATGGGATTATTTGGTAAAGGGGT-3'/Not-RRE-R：5'-AAAGCGGCCGCGTTACATTTATAT TTTTGACAGT-3'），以EIAV 感染性克隆pLGFD3-8為模板[6]，利用PCR 方法分別擴增基因組204 bp～5 295 bp（包含Gag-Pol 編碼區及其兩側序列）和5 296 bp～5 867 bp（包含RRE 及其兩側序列）的核苷酸序列，擴增的Gag-Pol 編碼區及其兩側序列的片段預期為5 091 bp；擴增RRE 及其兩側序列的片段預期為571 bp，Gag-Pol片段經NheI和XhoI雙酶切后克隆至真核表達載體pEGFP-N1，構建重組質粒pGagpol。將RRE 片段和pGagpol 分別經XhoI 和NotI 雙酶切后連接，構建的重組質粒pGagpol-RRE。經酶切鑒定，陽性克隆由擎科（中國哈爾濱）公司測序鑒定。

1.4 Rev 介導Gag-Pol 表達的檢測及其相關性分析37 ℃、 5%CO2條件下于細胞培養板中將HEK293T細胞培養至細胞密度80%左右時，采用PolyJet DNAIn VitroTransfection Reagent 將pGagpol-RRE（1 μg）分別與pcDNA-HA（1 μg）或pcDNA-RevFDDV-HA（1 μg）共轉染HEK293T 細胞，轉染6 h～8 h 后棄掉培養液更換新鮮培養液，繼續培養至感染后36 h 時裂解細胞，分別采用抗EIAV p26 MAb（9H8）（1∶2 000）、鼠抗HA MAb（1∶2 000）或鼠抗β-actin MAb（1∶2 000）為一抗，DyLightTM800 標記的羊抗鼠IgG（1∶10 000）為二抗，通過western blot 檢測Gag 的表達情況，分析其與Rev 的相關性。

按照上述轉染方法將1 μg pGagpol-RRE 質粒分別與不同劑量（0.05 μg、0.1 μg、0.2 μg）的pcDNARevFDDV-HA 質粒和不同劑量（0.15 μg、0.1 μg、0）的pcDNA-HA 質粒共轉染HEK293T 細胞，轉染質粒的總劑量為1.2 μg，轉染36 h后通過western blot檢測Gag表達量的變化，并利用Image J進行灰度分析不同劑量的Rev對Gag-Pol表達的相關性。

此外，將pGagpol-RRE（1 μg）分別與pcDNA-HA（1 μg）、pcDNA-RevFDDV-HA（1 μg）和pcDNA-RevL36A-HA（1 μg）共轉染HEK293T細胞，通過western blot檢測Gag的表達情況，分析Rev介導Gag-Pol表達的特異性。

1.5 不同EIAV 毒株Rev 的序列特征及其核輸出活性的檢測 利用DNAStar 軟件中的MegAlign 工具和GeneDoc 軟件對不同毒株的EIAV Rev 序列間進行比對，分析各毒株間Rev 基因同源性。參照1.4 中轉染方法將pGagpol-RRE（1 μg）分別與不同EIAV 毒株Rev表達載體（1 μg）（pcDNA-RevFDDV-HA、pcDNA-RevUKHA、pcDNA-RevNew-HA、pcDNA-RevCornwall-HA、pcDNA-RevF2-HA、pcDNA-RevSA-HA、pcDNA-RevDE-HA、pcDNA-RevMiyazaki-HA、pcDNA-RevDevon-HA、pcDNARevPA-HA）共轉染HEK293T 細胞，通過western blot檢測Gag 的表達情況，評價建立的檢測系統對不同EIAV 毒株Rev 的核輸出活性的可行性。

2 結果與討論

2.1 EIAV Gag-Pol 表達載體的構建與鑒定結果構建的pGagpol-RRE 真核表達載體經XhoI 和NotI 雙酶切鑒定，結果顯示得到的片段約10 000 bp 和570 bp，與預期相符（圖1）；進一步測序結果顯示目的基因與pLGFD3-8 相應基因序列完全一致，且讀碼框正確。表明重組質粒pGagpol-RRE正確構建。

圖1 重組質粒pGagpol-RRE的酶切鑒定結果Fig.1 Digestion analysis of of identification of recombinant plasmid pGagpol-RRE digestion

2.2 Rev 介導Gag-Pol 表達的檢測慢病毒的主要結構蛋白Gag-pol 的表達依賴于Rev 的核輸出活性[7]。EIAV Gag 前體蛋白p55 在病毒pol基因編碼的蛋白酶作用下被切割成p15、p26、p11 和p9[8]。將重組質粒pGagpol 和pGagpol-RRE 分別與Rev 表達質粒pcDNA-RevFDDV-HA 共轉染HEK293T 細胞。36 h 后進行western blot 檢測，結果顯示，pGagpol無論有無Rev均不表達，pGagpol-RRE 僅在Rev 存在的條件下表達（圖2A），而且隨著Rev 劑量的增加（0.05 μg、0.1 μg、0.2 μg），Gag55的表達量逐漸增加（圖2B），表明Rev通過RRE 介導Gag-Pol 的表達。有研究顯示，Rev L36A的突變會破壞其核輸出活性[9]。為了驗證pGagpol-RRE的表達特異性地依賴于Rev的核輸出活性，在pcDNARevFDDV-HA 的基礎上，本研究團隊前期通過PCR 方法將36 位的L 突變成A，構建Rev 表達載體pcDNARevL36A-HA。將pGagpol-RRE 分別與pcDNA-RevFDDVHA或pcDNA-RevL36A-HA共轉染HEK293T細胞，western blot 檢測顯示，Rev L36A 不能介導Gag-Pol 的表達（圖2C），表明Rev介導pGagpol-RRE 的表達依賴于其核輸出活性，進一步證明pGagpol-RRE 可用于評價Rev 核輸出活性的研究，為研究Rev 的生物學活性奠定了基礎。

圖2 Rev介導Gag-Pol表達的western blot鑒定結果Fig.2 Western blot analyisis for that the expression of Gag-Pol mediated by Rev

2.3 不同EIAV 病毒株Rev 核輸出活性的檢測結果對不同EIAV 病毒的Rev 氨基酸序列比對發現，盡管各毒株之間氨基酸序列差異較大，但是對Rev核輸出活性有重要影響的關鍵位點高度保守（aa36、aa45、aa49、aa76、aa77、aa95、aa109）[10]（圖3A）。將不同病毒的Rev 表達質粒與pGagpol-RRE 共轉染HEK293T 細胞，結果顯示：除對照組pGagpol-RRE與pcDNA-HA 共轉染檢測不到Gag55的表達，其余各病毒株的Rev 均能有效地介導Gag55的表達（圖3B）。實驗結果提示不同毒株Rev 氨基酸序列的保守區可能對其核輸出活性是至關重要的，同時也表明pGagpol-RRE 可用于評價EIAV 不同毒株的Rev 核輸出活性，為深入研究Rev 基因變異對其生物學功能的影響提供了重要的方法。

圖3 EIAV不同病毒株Rev的核輸出活性比較Fig.3 Comparison analysis of nuclear export activities of Rev from different EIAV strains

研究表明，EIAV Rev 是病毒復制必須的附屬蛋白，其不僅介導未完全剪切的病毒mRNA 的核輸出活性，還可以增強病毒mRNA 的穩定性、促進mRNA 的集聚、調節mRNA 的選擇性剪切[11]。最近的研究顯示，EIAV 的Rev 還可以拮抗宿主限制因子SAMHD1 促進病毒復制[9]。在EIAV 和HIV-1 感染過程中，rev基因的變異與疾病發展密切相關[12-15]。其中一個重要的原因是Rev 的變異通過減弱其核輸出活性，減少Gag 的表達水平，即Rev 可以改變病毒的復制并影響感染者的疾病臨床轉歸。本研究利用Rev 與RRE 的結合介導Gag-Pol 表達的原理，構建了pGagpol-RRE 真核表達載體，將其與Rev 表達載體共轉293T 細胞，通過western blot 比較Gag 表達量的變化可分析Rev 的核輸出活性。該系統可用來評價EIAV 同源和異源毒株Rev 的核輸出活性，為進一步研究EIAV 致病機制奠定了基礎。