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中國(guó)肉研中心王守偉教授等:細(xì)胞培育肉種子細(xì)胞永生化誘導(dǎo)研究
2023-01-16 16:32:22 2059
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種類豐富、高活力的種子細(xì)胞是生產(chǎn)細(xì)胞培育肉的源頭,然而,這些細(xì)胞活化后分化為成肌細(xì)胞即失去干性,無(wú)法永久性持續(xù)增長(zhǎng),細(xì)胞傳代能力仍然面臨著諸多挑戰(zhàn),而持續(xù)從動(dòng)物機(jī)體獲取細(xì)胞也違背了動(dòng)物福利。細(xì)胞永生化技術(shù)可以使細(xì)胞獲得持續(xù)生長(zhǎng)的增殖能力,長(zhǎng)期傳代,并具有無(wú)限增殖的生長(zhǎng)特性,克服一般原代細(xì)胞有限次傳代后即發(fā)生衰老和死亡的情況。成體細(xì)胞的永生化,包括端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶轉(zhuǎn)染、基因敲除類恢復(fù)性誘導(dǎo)、四小吉奎琳氧化法以及黃曲霉素刺激法。然而,現(xiàn)存的永生化細(xì)胞系多為小鼠或人源細(xì)胞,無(wú)法直接應(yīng)用于細(xì)胞培育肉體系,更不能用于食品科學(xué)的研究。

中國(guó)肉類食品綜合研究中心首席科學(xué)家王守偉(第一作者:楊峰)在《中國(guó)食品學(xué)報(bào)》第22卷第12期發(fā)表了特約專欄(細(xì)胞培養(yǎng)肉專欄)文章《細(xì)胞培育肉種子細(xì)胞永生化誘導(dǎo)研究》,該研究通過(guò)構(gòu)建穩(wěn)定性強(qiáng)的豬成肌細(xì)胞永生化誘導(dǎo)載體,為細(xì)胞培育肉種子細(xì)胞制備提供更高效的技術(shù)手段,為細(xì)胞培育肉工業(yè)化生產(chǎn)種子細(xì)胞獲取打下基礎(chǔ)。


試驗(yàn)方法

基于豬成肌細(xì)胞,通過(guò)端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶進(jìn)行誘導(dǎo)載體的構(gòu)建,核轉(zhuǎn)染到細(xì)胞后分別通過(guò)免疫熒光標(biāo)記、定量PCR、染色體核型分析等方法進(jìn)行細(xì)胞誘導(dǎo)驗(yàn)證。

試驗(yàn)結(jié)果

端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶過(guò)表達(dá)載體構(gòu)建


永生化誘導(dǎo)過(guò)表達(dá)載體圖譜

利用脫毒的慢病毒進(jìn)行過(guò)表達(dá)載體的構(gòu)建,構(gòu)建完成的載體通過(guò)多引物PCR驗(yàn)證和測(cè)序驗(yàn)證,結(jié)果良好,序列無(wú)突變發(fā)生。


嘌呤霉素篩選陽(yáng)性細(xì)胞藥篩及細(xì)胞活力檢測(cè)

細(xì)胞凋亡及增殖曲線

在明確轉(zhuǎn)導(dǎo)滴度為25時(shí)轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞效率最高的基礎(chǔ)上,利用嘌呤霉素進(jìn)行陽(yáng)性細(xì)胞藥篩,去除假陽(yáng)性細(xì)胞。連續(xù)傳代驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)組的細(xì)胞已經(jīng)突破生理極限,突破了“Hay flick”界限(細(xì)胞最大分裂次數(shù)),證明本研究中的細(xì)胞永生化誘導(dǎo)取得初步成功。

流式細(xì)胞術(shù)純化陽(yáng)性細(xì)胞及細(xì)胞陽(yáng)性率鑒定

流式細(xì)胞術(shù)鑒定陽(yáng)性細(xì)胞純化程度


分別在誘導(dǎo)細(xì)胞加入嘌呤霉素的第2,4,6天時(shí)進(jìn)行流式細(xì)胞術(shù)的細(xì)胞鑒定,檢測(cè)陽(yáng)性細(xì)胞的藥篩效率,發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間的延長(zhǎng),陽(yáng)性細(xì)胞的比例不斷上升,第6天時(shí)陽(yáng)性細(xì)胞比例為100%(存在極少數(shù)的陰性細(xì)胞在圈門外,比例接近于0),陰性細(xì)胞已通過(guò)嘌呤霉素全部篩除。

永生化誘導(dǎo)細(xì)胞株遺傳穩(wěn)定性鑒定

細(xì)胞核型分析

對(duì)誘導(dǎo)后傳代50代的細(xì)胞進(jìn)行染色體核型分析發(fā)現(xiàn),1號(hào)染色體中央著絲粒和次縊痕染色深,2號(hào)染色體短臂有4條深帶,長(zhǎng)臂有6~7條深帶,分3個(gè)區(qū);3號(hào)染色體著絲粒染色濃,在短臂和長(zhǎng)臂的中端各有1條明顯寬闊的淺帶;其它染色體從形態(tài)、長(zhǎng)度和臂比上看均未產(chǎn)生顯著的異變。


端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶及端粒四聚體表達(dá)鑒定

在永生化誘導(dǎo)的細(xì)胞中hnRNP A2蛋白的表達(dá)與端粒酶活性呈正相關(guān),hnRAP A2的表達(dá)促進(jìn)了端粒的延長(zhǎng)。此外,在成體細(xì)胞中,端粒酶是無(wú)法被檢測(cè)到的,而在本誘導(dǎo)細(xì)胞株中,可以檢測(cè)到端粒酶的表達(dá),證明細(xì)胞的誘導(dǎo)成效顯著。


端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶及hnRAP蛋白表達(dá)活性鑒

相較于端粒的長(zhǎng)短,端粒變短的速度具有更重要的意義。研究結(jié)果表明:永生化誘導(dǎo)的細(xì)胞相對(duì)端粒酶長(zhǎng)度顯著高于對(duì)照組,從側(cè)面揭示細(xì)胞永生化誘導(dǎo)的效率高,細(xì)胞傳代能力和細(xì)胞活力顯著高于對(duì)照組。此外,hnRAPC基因表達(dá)量顯著高于對(duì)照組,揭示該蛋白在端粒中的活化功能,以及誘導(dǎo)組細(xì)胞蛋白活性顯著高于對(duì)照組,表明永生化細(xì)胞誘導(dǎo)取得成功,細(xì)胞傳代能力得到顯著提升。

討 論

細(xì)胞培育肉作為一門新興科學(xué)技術(shù),雖然研究時(shí)間相對(duì)較短,但是其作為細(xì)胞生物學(xué)、組織工程學(xué)及食品科學(xué)等多學(xué)科交叉融合的技術(shù)已經(jīng)具備深厚的研究基礎(chǔ)。在細(xì)胞培育肉研發(fā)過(guò)程中,獲得相應(yīng)的可以無(wú)限增殖的成體細(xì)胞,是解決其工業(yè)化過(guò)程中細(xì)胞來(lái)源的重要保障。

在基因水平層面,細(xì)胞永生化的方法目前主要有SV40大T抗原法、端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶法、HPV16 E6法、原癌基因以及抑癌基因等方法。這些細(xì)胞永生化的方法各有利弊,作為食品科學(xué)研究,細(xì)胞培育肉使用的種子細(xì)胞首先需要排除人源因素,同時(shí)保證細(xì)胞的活性及各項(xiàng)功能,更重要的是細(xì)胞永生化的誘導(dǎo)不能干擾了各類種子細(xì)胞的正常使用,即不能引入不確定因素。

將端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶導(dǎo)入細(xì)胞后隨著細(xì)胞分裂過(guò)程,同步表達(dá)逆轉(zhuǎn)錄酶的催化亞基,調(diào)節(jié)端粒酶的活性。同時(shí)與hnRNPA2蛋白發(fā)生作用,打開端粒G-四鏈體結(jié)構(gòu),暴露端粒3`端堿基,促進(jìn)其與端粒酶RNA模板配對(duì),從而增強(qiáng)端粒酶的催化活性及進(jìn)行性,有效維持端粒酶的長(zhǎng)度,其意義在于減低(負(fù)調(diào)控)端粒縮短的速度,使端粒維持一定的長(zhǎng)度,從而實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的永生化。該方法得到的永生化細(xì)胞除了端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶,不再引入新的影響基因,以保證細(xì)胞的正常表達(dá)水平和功能。細(xì)胞在傳代180代后仍具有較高的增殖和分化效率,且細(xì)胞穩(wěn)定性較高,沒有發(fā)生不可預(yù)測(cè)的突變現(xiàn)象。

結(jié) 論
本研究構(gòu)建豬成肌細(xì)胞永生化誘導(dǎo)載體,探索細(xì)胞永生化誘導(dǎo)方案和研究材料;通過(guò)細(xì)胞核轉(zhuǎn)染、陽(yáng)性細(xì)胞流式細(xì)胞儀篩選獲取陽(yáng)性細(xì)胞株;通過(guò)定量PCR、免疫熒光標(biāo)記、核型分析等驗(yàn)證細(xì)胞的穩(wěn)定性;對(duì)陽(yáng)性細(xì)胞進(jìn)行連續(xù)傳代培養(yǎng),驗(yàn)證細(xì)胞可傳代超過(guò)200代。本研究的實(shí)施為細(xì)胞培育肉種子細(xì)胞的開發(fā)探索了理論基礎(chǔ),提供了工業(yè)化生產(chǎn)的細(xì)胞材料,為培育肉工業(yè)化生產(chǎn)提供先導(dǎo)條件。


專家介紹




王守偉 教授級(jí)高級(jí)工程師

中國(guó)肉類食品綜合研究中心 首席科學(xué)家

北京食品科學(xué)研究院 首席科學(xué)家

王守偉,教授級(jí)高級(jí)工程師,中國(guó)肉類食品綜合研究中心、北京食品科學(xué)研究院首席科學(xué)家,兼任肉類加工產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事長(zhǎng)、中國(guó)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)會(huì)常務(wù)理事。長(zhǎng)期從事肉品科學(xué)與技術(shù)、食品安全領(lǐng)域研究,致力于肉類產(chǎn)業(yè)重大關(guān)鍵共性技術(shù)問(wèn)題研究及科技成果轉(zhuǎn)化與產(chǎn)業(yè)化,推動(dòng)生物培育肉研究在中國(guó)的發(fā)展。主持和承擔(dān)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專項(xiàng)、國(guó)家“863”計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目/課題20余項(xiàng),發(fā)表科技論文190余篇,獲授權(quán)發(fā)明專利20 件,制修訂國(guó)際/國(guó)家/行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)9 項(xiàng),出版專著10 部,獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1 項(xiàng)、省部級(jí)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)10 項(xiàng)(第一完成人)

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