崔海忠,肖 娜,張永平,陳大貴,唐一通△,趙雪紅,邵金輝
(湖北文理學(xué)院醫(yī)學(xué)院:1.棗陽臨床學(xué)院腫瘤科,湖北棗陽441200;2.分子醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北襄陽441053)
單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism,SNP)是指DNA 序列上發(fā)生的單個(gè)核苷酸堿基的變異,在人群中的分布率占1%以上。SNP是人類基因組中最常見的變異形式,現(xiàn)有公共數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)報(bào)道了超過900萬個(gè)SNP位點(diǎn)。SNP被認(rèn)為是疾病易感性和藥物反應(yīng)的決定因素,開展SNP 研究對(duì)醫(yī)學(xué)、法醫(yī)學(xué)、遺傳學(xué)、臨床診斷、藥物開發(fā)與合理用藥等的發(fā)展都具有非常重要的意義[1]。SNP 的基因分型檢測(cè)工作,已成為當(dāng)前國際上研究的熱點(diǎn)。近年來,隨著生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的快速發(fā)展,SNP檢測(cè)方法和相關(guān)儀器的研發(fā)進(jìn)展很快。目前,有20余種SNP突變檢測(cè)方法,如限制性片段長度多態(tài)性聚合酶鏈反應(yīng)(PCR-RFLP)[2],PCR-SSCP[3],DNA 測(cè)序,實(shí)時(shí)熒光定量PCR(Real-Time PCR)[4],TaqMan PCR[5],焦 磷 酸 測(cè) 序(Pyrosequencing)[6],質(zhì)譜(Mass Spectrometry)[7],連接酶鏈反應(yīng)(Ligase Detection Reaction)[8],基 因 芯 片[9],SNPstream 技術(shù)[10],分子燈塔技術(shù)[11]等。其中DNA 直接測(cè)序是傳統(tǒng)的序列測(cè)定的方法,但是其檢測(cè)靈敏度低,在對(duì)腫瘤組織、穿刺活檢組織或體液等不均一樣本進(jìn)行SNP突變檢測(cè)時(shí)具有較大局限性。雖然Pyrosequencing、熒光定量PCR、質(zhì)譜等方法具有較高的靈敏度,但這些方法對(duì)實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備具有很高的要求,在簡單實(shí)驗(yàn)條件下的常規(guī)臨床檢測(cè)中很少能夠應(yīng)用。本研究建立了一種基于連接酶-凝膠電泳的簡便、快速、靈敏的SNP突變檢測(cè)方法,適合于在簡單實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)不均一樣本進(jìn)行常規(guī)突變檢測(cè)。并對(duì)在非小細(xì)胞肺癌酪氨酸激酶抑制劑藥物個(gè)體化治療中的生物標(biāo)記基因表皮生長因子受體(EGFR)為檢測(cè)對(duì)象,對(duì)有較高突變頻率的EGFR,c.2573T>G(L858R),EGFR,c.2582T>A(L861Q)和EGFR,c.2155G>T(G719C)3個(gè)SNP位點(diǎn)進(jìn)行了分型檢測(cè)。
1.1 一般資料 從棗陽臨床學(xué)院腫瘤科62 例非小細(xì)胞肺癌血漿樣本中抽提循環(huán)DNA,-20 ℃保存。(1)檢測(cè)樣本:攜帶有野生型和突變型等位基因的EGFR,c.2582T>A(L861Q),EGFR,c.2573T>G(L858R)和EGFR,c.2155G>T(G719C)3個(gè)SNP突變位點(diǎn)的質(zhì)粒DNA 以黃杰等[12]定點(diǎn)突變技術(shù)進(jìn)行構(gòu)建。寡核苷酸探針:針對(duì)每個(gè)SNP位點(diǎn),用3條寡核苷酸探針進(jìn)行檢測(cè)。分別為上游的兩條特異性檢測(cè)探針和下游的一條公用探針(圖1)。在兩條特異性探針的5′端,為一段通用擴(kuò)增引物序列Tag1,3′端為與模板上突變位點(diǎn)一側(cè)的序列互補(bǔ)的序列,并且3′末端堿基與突變位點(diǎn)堿基對(duì)應(yīng)互補(bǔ),野生型檢測(cè)探針(WT-Probe)與野生型等位基因互補(bǔ),突變型檢測(cè)探針(MT-Probe)與突變型等位基因互補(bǔ),在特異性探針的5′端分別進(jìn)行生物素修飾。公用檢測(cè)探針5′端為與SNP位點(diǎn)另一側(cè)序列互補(bǔ)的序列,3′端為一段通用擴(kuò)增引物序列Tag2。對(duì)EGFR,c.2582T>A(L861Q),EGFR,c.2573T>G(L858R)和EGFR,c.2155G>T(G719C)3個(gè)SNP位點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)的探針序列,見表1。對(duì)檢測(cè)探針進(jìn)行通用擴(kuò)增的Tag1序列和Tag2的互補(bǔ)序列(CTag2)分別為:Tag1:5′-TTT TTT TGG GTT CGT GGT AGA GCG TCG GAG T-3′;CTag2:5′-CCA GAC GAC ACC GAG ATA GCA GCC-3′。(2)實(shí)驗(yàn)試劑:Low MW DNA Marker-A 購自生工生物工程(上海)有限公司,2×PCR Mastermix購自天根生化科技北京有限公司,鏈親和素(Streptavidin)磁珠購自西安金磁納米生物技術(shù)有限公司,Taq DNA ligase購自New England BioLabs。TA 克隆試劑盒、TaKaRa Ex Taq酶購自寶生物工程(大連)有限公司產(chǎn)品。QIAamp DNA Blood Mini Kit(QIAGEN)購自上海葉舟生物科技有限公司。核酸序列均由上海生工生物有限公司合成。其余試劑均為分析純。
圖1 檢測(cè)探針設(shè)計(jì)示意圖
表1 寡核苷酸檢測(cè)探針序列
1.2 方法
1.2.1 EGFR基因擴(kuò)增對(duì)基因外顯子18和21進(jìn)行PCR擴(kuò)增,擴(kuò)增引物為:exon 21-forward:5′-GAG CTT CTT CCC ATG ATG ATC T-3′;exon 21-reverse:5′-GAA AAT GCT GGC TGA CCT AAA G-3′;exon 18-forward:5′-GAG GTG ACC CTT GTC TCT GTG T-3′;exon 18-reverse:5′-CCC AAA CAC TCA GTG AAA CAA A-3′。擴(kuò)增體系為:3μL 循環(huán)DNA 樣本,0.5μmol/L擴(kuò)增引物,15μL 2×Taq PCR Mastermix,去離子水補(bǔ)足30μL。擴(kuò)增條件為:95°C 預(yù)變性4 min,95°C 變性30s,60°C 退火30s,72°C 延伸40s,35 個(gè)循環(huán);72°C再延伸4min。各樣本擴(kuò)增產(chǎn)物用直接測(cè)序法測(cè)定突變類型。
1.2.2 連接反應(yīng) 針對(duì)每個(gè)SNP位點(diǎn),用兩個(gè)檢測(cè)管進(jìn)行檢測(cè),并分別標(biāo)記為WT 管和MT 管。兩管分別加入3μL 10×連接反應(yīng)緩沖液,5μL 模板序列和1 U 的Taq ligase,在MT管中加入50fmol突變型特異性檢測(cè)探針和公用檢測(cè)探針,WT 管中加入50fmol野生型特異性檢測(cè)探針和公用檢測(cè)探針,去離子水補(bǔ)足30μL。對(duì)于每個(gè)檢測(cè)位點(diǎn),設(shè)定一對(duì)照管CT,對(duì)照管中不加入模板序列,其它成分與檢測(cè)管相同。反應(yīng)條件為:94 ℃變性40s,60 ℃退火5min;5個(gè)循環(huán);95℃變性5min。
1.2.3 純化反應(yīng) 按照Streptavidin 磁珠操作說明,對(duì)各SNP位點(diǎn)對(duì)應(yīng)各管擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行純化。加入20μL Tris-HCl(10mmoL,pH7.5)重新懸浮磁粒。
1.2.4 通用擴(kuò)增反應(yīng) 取15μL 2×PCR Mastermix,5μL各管對(duì)應(yīng)純化磁性微粒,2μmol/L 的通用擴(kuò)增引物Tag1 和CTag2,去離子水補(bǔ)足30μL。95℃預(yù)變性30s;95℃變性25 s,60℃退火45s,72℃延伸20s;20個(gè)循環(huán),72℃延伸1min進(jìn)行擴(kuò)增反應(yīng)。
1.2.5 擴(kuò)增產(chǎn)物檢測(cè) 分別取各SNP突變位點(diǎn)對(duì)應(yīng)MT 管、WT 管和CT 管擴(kuò)增產(chǎn)物5L 進(jìn)行3.5%瓊脂糖凝膠電泳,根據(jù)3個(gè)反應(yīng)管對(duì)應(yīng)泳道在目標(biāo)位置電泳條帶出現(xiàn)的情況判定檢測(cè)突變位點(diǎn)基因型。如果WT 管和MT 管對(duì)應(yīng)泳道均出現(xiàn)條帶,則該SNP位點(diǎn)為野生/突變型;如果只有WT 管對(duì)應(yīng)泳道出現(xiàn)條帶,則該SNP位點(diǎn)為純合野生型;如果只有MT 管對(duì)應(yīng)泳道出現(xiàn)條帶,則檢測(cè)SNP為純合突變型。
2.1 檢測(cè)方法流程 通過連接反應(yīng),WT 管中野生型檢測(cè)探針和公用探針能夠完成連接,而MT 管中突變型檢測(cè)探針和公用探針不能連接。經(jīng)鏈親和素磁性微粒的純化反應(yīng),WT 管中完成連接反應(yīng)的探針被純化固定在鏈親和素磁性微粒上。以Tag1和CTag2作為通用引物,對(duì)WT 管和MT 管中磁性微粒純化產(chǎn)物進(jìn)行通用擴(kuò)增反應(yīng),最后在瓊脂糖凝膠電泳水平對(duì)突變位點(diǎn)進(jìn)行分型檢測(cè)。通過觀察WT 管和MT 管對(duì)應(yīng)電泳泳道條帶的出現(xiàn)情況進(jìn)行結(jié)果判定。WT 管對(duì)應(yīng)泳道出現(xiàn)條帶,而MT 管對(duì)應(yīng)泳道無條帶,說明檢測(cè)SNP位點(diǎn)為野生純合子基因型。野生純合子SNP位點(diǎn)的檢測(cè)示意圖,見圖2。
圖2 分型方法檢測(cè)流程圖
2.2 連接溫度的優(yōu)化 進(jìn)行連接反應(yīng)時(shí),退火溫度是影響反應(yīng)靈敏度及特異性的一個(gè)重要因素,特異性會(huì)隨著退火溫度的升高而有所提高,但是較高的退火溫度也會(huì)使得退火效率降低從而影響檢測(cè)的靈敏度。以L858R 野生型質(zhì)粒模板為檢測(cè)對(duì)象,分別在55、60、65 ℃的退火溫度條件下,經(jīng)檢測(cè)探針的連接,純化和PCR 擴(kuò)增,擴(kuò)增產(chǎn)物的凝膠電泳結(jié)果如圖3所示,在55、60 ℃兩個(gè)溫度梯度條件下,均明顯在WT 管對(duì)應(yīng)泳道出現(xiàn)擴(kuò)增條帶,而其余泳道均無擴(kuò)增條帶出現(xiàn);但是當(dāng)退火溫度上升為65 ℃時(shí),3個(gè)泳道均無擴(kuò)增條帶出現(xiàn)。說明檢測(cè)探針在檢測(cè)模板上的退火能力隨著反應(yīng)溫度的升高而降低,在55~60℃時(shí)能夠有效的保證檢測(cè)探針在檢測(cè)模板上的退火從而完成連接反應(yīng)。但是在65 ℃條件下,檢測(cè)探針無法有效的退火到模板上,使得連接反應(yīng)不易完成,從而無目的擴(kuò)增條帶的出現(xiàn)。因?yàn)樵趯?duì)檢測(cè)探針設(shè)計(jì)時(shí),將所有檢測(cè)探針上H1、H2序列的Tm 值均設(shè)計(jì)為58~60℃,所以為了即能夠保證探針在模板上的有效退火,又能夠保證連接反應(yīng)的特異性,選定60 ℃作為連接反應(yīng)的溫度。
圖3 連接溫度的優(yōu)化
2.3 特異性檢測(cè) 通過擴(kuò)增反應(yīng)中的循環(huán)次數(shù)對(duì)本方法的特異性進(jìn)行檢測(cè),分別對(duì)L858R 野生/突變混合模板和L861Q 、G719C兩個(gè)野生型等位基因模板進(jìn)行檢測(cè)。分別作20和30個(gè)循環(huán)的擴(kuò)增,將各管5μL 擴(kuò)增產(chǎn)物做3.5%瓊脂糖凝膠電泳,結(jié)果如圖4所示。兩種循環(huán)條件下,在L858R 位點(diǎn)的MT管和WT 管對(duì)應(yīng)泳道中均出現(xiàn)明顯擴(kuò)增條帶,而G719C 和L861Q 兩個(gè)位點(diǎn)對(duì)應(yīng)的WT 管泳道出現(xiàn)擴(kuò)增條帶,MT 泳道均未有條帶出現(xiàn)。同時(shí),3個(gè)位點(diǎn)對(duì)應(yīng)CT 管泳道均未出現(xiàn)條帶。說明此方法具有較高的檢測(cè)特異性和擴(kuò)增容量。
圖4 分型方法特異性檢測(cè)
2.4 敏感性檢測(cè) 以L858R 位點(diǎn)為檢測(cè)對(duì)象,分別設(shè)定突變等位基因在總檢測(cè)模板中的比例為50.00%、25.00%、5.00%、2.50%,對(duì)不同比例的混合等位基因進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果如圖5所示,各條件下,在MT 和WT 管對(duì)應(yīng)的泳道中均有擴(kuò)增條帶出現(xiàn),且隨著突變型等位基因所占比例的減少,MT 管對(duì)應(yīng)泳道中擴(kuò)增條帶亮度逐漸減弱,但當(dāng)突變等位基因在混合等位基因中比例低至2.50%時(shí),仍能夠在MT 管對(duì)應(yīng)泳道中檢測(cè)出擴(kuò)增條帶,說明本方法有著較高的檢測(cè)靈敏度,適合于從不均一的樣本中對(duì)突變等位基因進(jìn)行檢測(cè)。
圖5 L858R 位點(diǎn)瓊脂糖凝膠電泳水平敏感度檢測(cè)
2.5 樣本檢測(cè) 利用本方法對(duì)62 例樣本中EGFR,c.2573 T>G(L858R),EGFR,c.2582T>A(L861Q)和EGFR,c.2155G>T(G719C)3個(gè)SNP位點(diǎn)進(jìn)行了檢測(cè),并與直接測(cè)序結(jié)果進(jìn)行了比較。兩種方法未檢測(cè)到L861Q 和G719C 位點(diǎn)的突變,但均檢測(cè)到L858R 位點(diǎn)有雜合子突變。如圖6所示,通過直接測(cè)序方法僅可以明確檢測(cè)出8#和15#兩例樣本是L858R 位點(diǎn)雜合子突變,23#樣本出現(xiàn)類似雜峰的突變堿基對(duì)應(yīng)峰,故無法給出明確的基因型判斷。而通過連接酶-瓊脂糖凝膠電泳方法共檢測(cè)出8#,15#,23#,6#,11#,14#共6例樣本是L858R 雜合子突變(圖7)。結(jié)果證明,連接酶-瓊脂糖凝膠電泳方法比直接測(cè)序方法具有更高的靈敏度,適合于對(duì)不均一樣本或雜合子突變位點(diǎn)的檢測(cè)。
圖6 循環(huán)DNA 樣本EGFR,c.2573T>G(L858R)位點(diǎn)突變測(cè)序圖
圖7 樣本EGFR,c.2573T>G(L858R)位點(diǎn)突變檢測(cè)圖
隨著人類生物信息學(xué)資源的爆炸性積累,極大地推動(dòng)了SNP突變檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。但是,SNP 突變檢測(cè)技術(shù)在檢測(cè)成本、靈敏性和常規(guī)性等方面仍需要進(jìn)行改進(jìn)。如傳統(tǒng)的DNA 直接測(cè)序方法的靈敏度只有20%[13-14],檢測(cè)位點(diǎn)突變等位基因?qū)?yīng)測(cè)定峰線很低,無法明確從背景峰中分離(圖6),因此,不能夠從不均一樣本中對(duì)突變等位基因進(jìn)行檢測(cè)。雖然實(shí)時(shí)定量PCR、焦磷酸測(cè)序,以及質(zhì)譜等檢測(cè)方法的靈敏度較高,文獻(xiàn)報(bào)道稱可達(dá)到1%[14-15],但是這些檢測(cè)方法都要求具備昂貴的檢測(cè)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)試劑,因而不能夠在常規(guī)實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行突變檢測(cè),限制了其在基層醫(yī)療或研究機(jī)構(gòu)的應(yīng)用。
本研究建立的SNP突變檢測(cè)方法基于連接酶反應(yīng)原理,通過檢測(cè)探針的連接反應(yīng),鏈親和素磁性微粒對(duì)連接探針的純化反應(yīng)以及通用擴(kuò)增引物的擴(kuò)增反應(yīng),利用瓊脂糖凝膠電泳方法進(jìn)行SNP突變位點(diǎn)的分型檢測(cè)。本方法具有較高的檢測(cè)靈敏度,能夠從野生/突變位點(diǎn)所在混合質(zhì)粒模板中檢測(cè)出低至2.50%的突變型等位基因,因此,適合于從不均一樣本中對(duì)突變等位基因進(jìn)行檢測(cè)。而且,與其他檢測(cè)方法如熒光定量PCR,質(zhì)譜,DNA 直接測(cè)序等方法相比,本方法操作簡單,不需要借助昂貴的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備,只需普通PCR 儀、凝膠電泳等簡單實(shí)驗(yàn)條件即能完成,同時(shí),所需探針長度均小于50bp,合成成本低,沒有對(duì)熒光探針等昂貴試劑及高質(zhì)量檢測(cè)樣本的要求,具有較低的實(shí)驗(yàn)成本和易操作性,因此,更適合于在常規(guī)、簡單實(shí)驗(yàn)條件下的突變檢測(cè)。
本方法較高的檢測(cè)特異性通過以下條件保證:(1)在設(shè)計(jì)檢測(cè)探針時(shí),除了依靠特異性檢測(cè)探針3′端堿基與突變堿基的配對(duì)識(shí)別能力外,還在其3′端上游第3個(gè)堿基處引入1個(gè)錯(cuò)配堿基以增強(qiáng)探針的識(shí)別能力;(2)特異性檢測(cè)探針和公用探針的H1和H2序列的Tm 值與通用擴(kuò)增引物Tag1 和Tag2序列的Tm 值相差7~8度,以減少連接反應(yīng)和后續(xù)的擴(kuò)增反應(yīng)之間的影響;(3)高保真性Taq DNA 連接酶對(duì)錯(cuò)配堿基的識(shí)別作用。本方法同時(shí)具有較高檢測(cè)靈敏度,其是通過在探針序列上設(shè)計(jì)通用擴(kuò)增引物序列Tag1和Tag2,完成連接反應(yīng)后,進(jìn)行了連接產(chǎn)物的二次擴(kuò)增以極大增加連接產(chǎn)物的數(shù)量,從而能夠在瓊脂糖凝膠電泳水平進(jìn)行快速檢測(cè)。但瓊脂糖凝膠電泳的檢測(cè)靈敏度具有局限性,因此,當(dāng)突變等位基因在不均一樣本總的比例低至2.50%時(shí),就不能夠得以檢測(cè)。同時(shí),在檢測(cè)通量上也有限制,不適合于進(jìn)行高通量的突變檢測(cè)。
綜上所述,本研究建立了一種基于連接酶-凝膠電泳的SNP分型新方法,并對(duì)與酪氨酸激酶抑制劑個(gè)體化用藥密切相關(guān)的EGFR 基因的3個(gè)常見SNP位點(diǎn)EGFR,c.2582T>A(L861Q),EGFR,c.2573T>G(L858R)和EGFR,c.2155G>T(G719C)進(jìn)行了檢測(cè)。該方法操作簡便,有較高的檢測(cè)特異性和靈敏度,適合于在一般實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)不均一樣本進(jìn)行常規(guī)突變檢測(cè)。
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