本文介绍了一种制备家蝇羧酸酯酶蛋白的实验方案 体外 利用杆状病毒介导的昆虫细胞表达系统表达相关基因,并通过基于细胞的 MTT 实验对这些基因在代谢氯菊酯中的功能作用进行表征,从而阐明其介导拟除虫菊酯抗性的机制 体外 代谢研究
方法文章
本文介绍了一种制备家蝇羧酸酯酶蛋白的实验方案 体外 利用杆状病毒介导的昆虫细胞表达系统表达相关基因,并通过基于细胞的 MTT 实验对这些基因在代谢氯菊酯中的功能作用进行表征,从而阐明其介导拟除虫菊酯抗性的机制 体外 代谢研究
羧酸酯酶介导的代谢被认为在多种昆虫的杀虫剂抗性中发挥重要作用。在抗性家蝇品系中,多个羧酸酯酶基因被发现上调表达,但其在赋予杀虫剂抗性中的具体作用仍有待探究。本文设计了一套用于羧酸酯酶功能表征的实验方案,展示了三个示例实验:(1)通过杆状病毒介导的昆虫细胞系统表达并分离羧酸酯酶蛋白;(2)利用荧光底物测定法分析羧酸酯酶的酶活性;(3)通过RNA干扰技术在活体中抑制目标羧酸酯酶基因的表达,进而评估其对杀虫剂敏感性的影响。该综合方法有助于阐明特定羧酸酯酶在杀虫剂代谢与抗性机制中的功能角色。 羧酸酯酶,杀虫剂抗性,杆状病毒表达系统,酶活性测定,RNA干扰,家蝇 草地贪夜蛾 (Sf9)细胞表达系统;(2)基于细胞的MTT(3-[4,5-二甲基噻唑-2-基]-2,5-二苯基四氮唑溴化物)细胞毒性检测法,用于评估昆虫细胞对不同氯菊酯处理的耐受性;以及(3) 体外 代谢研究旨在探索羧酸酯酶对氯氰菊酯的代谢能力。从抗性家蝇品系ALHF中克隆了羧酸酯酶基因MdαE7,并用于构建重组杆状病毒以感染Sf9细胞。采用MTT法检测不同氯氰菊酯处理下细胞的存活率。实验组(感染MdαE7重组杆状病毒的细胞)相较于对照组(感染CAT重组杆状病毒的细胞和感染GFP重组杆状病毒的细胞)在氯氰菊酯处理下表现出更强的细胞耐受性,表明MdαE7具有代谢杀虫剂的能力,从而保护细胞免受化学损伤。此外,还在昆虫Sf9细胞中表达并分离羧酸酯酶蛋白,以开展进一步的实验 体外 代谢研究。我们的结果表明具有显著性 体外 MdαE7对氯菊酯的代谢效率,直接表明羧酸酯酶参与了杀虫剂的代谢,从而赋予家蝇对杀虫剂的抗性。
杀虫剂抗性目前是全球家蝇防控面临的主要问题之一1,2。阐明杀虫剂抗性机制的研究有助于更深入理解这一问题,从而提出新的策略,有效预防或最大限度地减缓抗性扩散3。羧酸酯酶作为主要的解毒酶之一,因其在多种昆虫中对杀虫剂的结合与代谢作用而受到广泛关注4,5,6。我们先前的研究已在家蝇中鉴定出多种羧酸酯酶,其表达水平不仅在抗性品系ALHF中组成型上调,还可因氯菊酯处理而进一步诱导升高7。然而,这些羧酸酯酶基因在杀虫剂代谢中的功能特性仍有待深入研究。
自20世纪80年代初首次报道以来8由于其高效的蛋白质表达能力和真核生物蛋白质加工特性,杆状病毒介导的外源基因表达系统已被广泛应用9该二元系统由两个关键组分构成:一是携带外源基因并将其导入宿主细胞的重组杆状病毒,二是被重组杆状病毒感染的细胞对目标蛋白进行的大规模表达。在过去数十年中,杆状病毒介导的细胞表达系统已被广泛用于在昆虫细胞和哺乳动物细胞中表达数千种重组蛋白,涵盖从胞质酶到膜结合蛋白等多种类型。10我们之前的研究已利用该系统在昆虫Sf9细胞中成功表达了多种CYP450酶11在本研究中,我们构建了羧酸酯酶重组杆状病毒以感染昆虫Sf9细胞,探究了细胞对不同氯氰菊酯处理的耐受性,并实现了羧酸酯酶蛋白的大规模表达 体外 用于功能探索。不同于以往研究中采用昆虫匀浆中多种羧酸酯酶同工酶混合物的方法12,13该杆状病毒介导的昆虫细胞表达系统可实现目标蛋白的特异性表达与分离,从而更深入地表征其生物化学与结构特性。
基于四唑盐的比色法(MTT法)是一种为检测细胞活力而开发并优化的高通量比色方法。该方法的原理是只有活细胞才能将黄色的MTT试剂代谢为深紫色的甲臜沉淀物,后者经有机溶剂溶解后可通过比色法进行分析14,15。近年来,已开发出若干更为精确但耗时较长的方法,如台盼蓝排斥法和胸苷掺入法16,17。然而,基于细胞的MTT法目前仍被公认为是快速检测细胞活力最快且操作最简便的方法。本文中,我们采用MTT法来探究细胞对杀虫剂处理的耐受性。当细胞感染表达羧酸酯酶的重组杆状病毒后,其耐受性显著增强,这有力地支持了羧酸酯酶在杀虫剂代谢中的作用,也进一步提示其参与了杀虫剂抗性的形成。
此外,一个 体外 本研究还进行了代谢活性检测。与使用α-萘乙酸酯(α-NA)和β-萘乙酸酯(β-NA)等常见底物来反映羧酸酯酶水解活性的一般羧酸酯酶检测方法相比,该方法 体外 代谢研究被认为是直接测定羧酸酯酶对杀虫剂活性的准确方法18该方法已成功应用于多种昆虫,用于鉴定与杀虫剂抗性相关的多种细胞色素P45011,19,20然而,该方法尚未应用于羧酸酯酶的研究。随着杆状病毒表达系统生产的羧酸酯酶蛋白的获得,我们可以开展一项 体外 羧酸酯酶对氯氰菊酯的代谢研究,可为进一步阐明羧酸酯酶在家蝇拟除虫菊酯抗性中的作用提供有力证据。
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1. 利用杆状病毒介导的昆虫细胞表达系统表达与分离目标蛋白

图1:MdαE7 LR反应的PCR分析结果示例。将2 µL LR反应产物稀释200倍,取2 µL稀释液,联合多角体蛋白正向引物和V5反向引物进行25 µL PCR反应。取5 µL PCR产物在1%琼脂糖凝胶上电泳,以检测LR反应的质量。a

图 2:Sf9细胞在不同杆状病毒扩增阶段感染特征的示例。 该图展示了在自然光和荧光光下表达GFP的重组杆状病毒感染的细胞。在P1感染阶段,感染比例较低;在P2感染阶段,感染比例显著提高;在P3感染阶段,几乎所有细胞均表现出从培养板脱落、细胞直径增大以及细胞生长停止等感染症状。请点击此处查看该图的放大版本。
2. 基于细胞的 MTT 细胞毒性检测

图3:MTT实验结果示例。 将表达CAT基因的细胞以500 µL均匀接种于24孔细胞培养板中,接种后48 h加入P1病毒储备液(CAT重组杆状病毒溶液)。分别向每行加入不同剂量的氯菊酯4 µL(6.25 mM、12.5 mM、25 mM和50 mM),使终浓度分别为50 µM、100 µM、200 µM和400 µM。对照组行仅用乙腈处理,并在板上标记为CK。(A) 在27 °C培养48 h后,弃去上层细胞培养基,每孔加入200 µL黄色MTT试剂,然后在37 °C继续孵育48 h。各孔中形成深紫色还原沉淀物,表明存活细胞能够将黄色MTT试剂代谢为深紫色沉淀物。(B) 每孔加入500 µL DMSO溶剂以溶解所形成的沉淀物,使用分光光度计在540 nm处检测各孔的吸光度值。随着氯菊酯浓度增加,颜色逐渐由深红色变为浅红色,表明细胞活力逐渐降低。请点击此处查看该图的放大版本。
3. 体外 代谢检测
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不同氯氰菊酯处理下的细胞活力(MTT 法)
在MdαE7重组杆状病毒感染的Sf9细胞(实验组)和CAT重组杆状病毒(由杆状病毒感染试剂盒提供)感染的细胞(对照组)中检测了氯氰菊酯的细胞毒性。MdαE7表达细胞对氯氰菊酯耐受性的增强有力地支持了该羧酸酯酶在代谢杀虫剂中的作用,从而保护细胞免受化学损伤。在本研究中,与仅用乙腈处理的细胞相比,计算了不同氯氰菊酯浓度(50、100、200和400 µM)下的细胞存活率。结果显示,当暴露于不同浓度的氯氰菊酯时,MdαE7表达细胞的存活率显著更高(范围为86.00%至101.92%)(图4B),而对照组细胞的存活率较低(范围为67.59%至81.43%)(图4A),表明MdαE7在昆虫细胞中代谢氯氰菊酯方面具有重要作用。
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近几十年来,异源表达系统已被广泛用于表达和分离大量蛋白质,从而实现对酶的生化特性及功能的测定与表征 体外迄今为止,已有多种不同的模型系统,包括 大肠杆菌, Pichia pastoris, Sacccharomyces cerevisiae,以及 草地贪夜蛾 已适用于重组蛋白表达,且表达系统的选择取决于 体外 该系统对于大规模生产目标蛋白至关重要22,23,24,25在本研究中,我们选用杆状病毒介导的昆虫细胞表达系统来表达家蝇羧酸酯酶,因为该系统可提供与昆虫细胞相似的细胞内环境,并保留某些重要的真核生物蛋白加工能力9尽管杆状病毒介导的表达系统具有诸多优势,但其局限性也应予以关注。杆状病毒介导的昆虫细胞表达系统只有在昆虫细胞被构建好...
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| Q5 高保真 DNA 聚合酶 | New England Biolabs 公司 | M0491L | |
| QIAquick 琼脂糖凝胶回收试剂盒 | QIAGEN | 28704 | |
| pENTR/D-TOPO 克隆试剂盒,含 One Shot TOP10 化学感受态 E. coli | Invitrogen(隶属于 Life Technologies) | K240020 | 本试剂盒包含S.O.C.培养基和通用M13序列引物。 |
| PureLink HiPure 质粒小提试剂盒 | Invitrogen(隶属于 Life Technologies) | K210002 | |
| Gateway LR Clonase II 酶混合物用于 BaculoDirectTM 试剂盒 | Invitrogen(原life technology) | 11791-023 | |
| BaculoDirect C端线性DNA转染试剂盒 | Invitrogen(隶属于 Life Technologies) | 12562-019 | 本试剂盒包含Cellfectin转染试剂和更昔洛韦 |
| pENTR-CAT 质粒 | Invitrogen(隶属于 Life Technologies) | BaculoDirect C-末端线性DNA转染试剂盒内含物,浓度:0.5 ug/uL | |
| 经热灭活的认证胎牛血清 | Gibco(Life Technologies 公司旗下品牌) | 10082-139 | |
| Sf-900 III 无血清培养基中的 Sf9 细胞 | Gibco(生命技术公司) | 12659017 | |
| 昆虫细胞-PE LB昆虫细胞蛋白提取 &和裂解缓冲液 | G Biosciences,隶属于Geno Technology, Inc. | 786-411 | |
| Sf-900 III SFM (1×无血清完全培养基 | Gibco(生命技术公司旗下品牌) | 12658-019 | |
| Grace's 昆虫细胞培养基,未添加补充物 | Gibco(隶属于 Life Technologies) | 11595030 | |
| 氯菊酯(异构体)分析标准品 | SUPELCO,隶属于Solutions WithinTM | 442748 | |
| 甲醇(分析纯) | Sigma-Aldrich | 67-56-1 | |
| 乙腈(分析纯) | Sigma-Aldrich | 75-05-8 | |
| GHP Acrodisc 25 mm 注射器滤器,孔径 0.45 μm GHP 膜(HPLC 认证) | Pall Life Sciences | 21890388 | |
| Alliance Waters 2695 高效液相色谱系统 | 沃特斯 | ||
| T100 热循环仪 | 伯乐生命科学公司 | 1861096 | |
| Nanodrop 2000/2000c 分光光度计 | 赛默飞世尔科技 | ND2000CLAPTOP | |
| Cytation 5 细胞成像多功能酶标仪 | BioTek |
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