TPMT基因SNP检测的特异性序列、液相芯片及方法
技术领域
本发明属于分子生物学领域,涉及医学和生物技术,具体的是涉及TPMT基因SNP检测的特异性序列、液相芯片及方法。
背景技术
硫嘌呤类药物在临床上常用于白血病、实体肿瘤的抗癌治疗和器官移植后的免疫抑制治疗,已有将近40年的历史,包括6-巯基嘌呤(6-mercaptopurine,6-MP)、硫唑嘌呤(azathioprine,AZA)和6-硫鸟嘌呤(6-thioguanine,6-TG)。如6-MP是急性淋巴细胞白血病(acute lymphoblastic leukemia,ALL)维持疗法的主要药物之一,而AZA则是近年来治疗类风湿性关节炎和Crohn病最常用的药物之一。然而,这类药物可产生严重的甚至可危及生命的血液毒性,导致治疗被迫中断,造成治疗失败,因此其合理使用在临床上备受关注。
TPMT在硫嘌呤类药物的体内代谢中起着重要作用,其遗传差异是影响硫嘌呤类药物代谢及药理效应的主要因素。TPMT的作用是将硫嘌呤类药物的活性代谢物6-TGN转变成无活性的6-MMP。如果患者遗传有TPMT缺陷,则在使用常规剂量的硫嘌呤类药物时,导致无活性的6-甲巯基嘌呤减少,而有活性的6-TGN增多并积累,很可能发生致命的毒性反应,如严重的骨髓抑制和肝损害等。与此相反,TPMT活性愈高,形成6-TGN的6-MP就愈少,一些服用标准剂量6-MP但6-TGN浓度很低的儿童面临疾病复发的危险性通常较高。
对不同人种的研究发现,导致TPMT编码酶蛋白活性降低的突变等位基因主要有4种:TPMT*2(G238C)、TPMT*3A(G460A/A719G)、TPMT*3B(G460A)和TPMT*3C(A719G),这四类等位基因可以解释约95%的TPMT酶活性降低。其中,中国人群的TPMT*3C等位基因频率约为2.3%。
早在2003年,美国FDA就建议在6-巯基嘌呤药物使用前进行TPMT检测。对TPMT基因型的检测结果将有助于预测硫嘌呤类药物的毒性,同时可据此调整给药方案,做到用药的个体化,避免因剂量不足造成的维持治疗期间复发,更能避免因剂量过大而产生的严重的不良反应。对于缺乏TPMT酶活性的患者,则可考虑其他的治疗方案。
目前国内外已有检测TPMT基因多态性的产品上市,如Prometheus laboratories,Lab21,Specialty laboratories,Quest Diagnosis、主动健康-基因检测公司和华大基因研发中心等。目前的产品主要建立在传统固相芯片的基础上,价格昂贵,而且敏感性不高,检测结果的可重复性差。而其它以PCR为基础的检测SNPs的技术,如直接测序法,半定量PCR技术,PCR-单链构象多态性分析(SSCP)检测,这些技术存在灵敏度低,样品易污染、假阳性率高的缺点,普通PCR方法和荧光定量PCR由于检测通量的局限性不能满足临床的需要。而聚合酶链式反应-限制性片段长度多态(PCR-RFLP)分析技术和基于TaqMan技术的等位基因差异分析法一次只能进行一种突变的检测,耗时费力。
基于芯片的原理,美国Luminex公司开发出了以微球为载体的悬浮液相芯片技术。该项技术利用聚苯乙烯微球作为反应的载体,以荧光检测仪作为检测平台,对核酸和蛋白质等生物大分子进行高通量的多指标并行检测。在微球的制造过程中,掺入不同比例的红光及红外光染色剂,从而形成多至100种不同颜色编码的微球。不同的微球共价结合了针对不同待检测物的蛋白质或核酸分子作为探针分子,报告分子以生物素标记,并用高灵敏的荧光染料染色。这些微球与待测物、报告分子、荧光标记物就形成完整的微球检测体系用于Luminex系统的读取。Luminex阅读系统分别激发红色激光和绿色激光用于微球体系的检测,其中红色激光检测微球表面红色分类荧光的强度,并根据微球中不同色彩而编号分类,从而确定反应的类型;绿色激光检测样本中荧光标记物的荧光强度,再通过机器与计算机自动统计分析激光所检测到微球种类、数量,从而判定待测样本多种目标测试物各自的浓度。因此,液相芯片技术既满足了高通量检测的要求,同时具备了快速准确,灵敏度高,特异性好,结果重复性好等优点。我们采用xTAG液相芯片技术可以同时检测多种SNPs,实现高通量快速简便化操作,大大提高了检测效率,在同类检测技术中处于领先地位。
发明内容
本发明的目的之一是提供TPMT基因SNP检测液相芯片,该液相芯片可用于检测TPMT基因的正常基因型以及三种常见等位基因型G238C,G460A和A719G SNP位点。
一种TPMT基因SNP检测液相芯片,包括有:
(1).针对每种型别的SNP位点分别设计的野生型和突变型特异性ASPE引物对,每种ASPE引物由5’端的tag序列和3’端的针对目的基因SNP位点的特异性引物序列组成,所述特异性引物序列分别选自:SEQ ID NO.7及SEQ ID NO.8、SEQ ID NO.9及SEQ ID NO.10、和/或SEQ ID NO.11及SEQ ID NO.12;所述tag序列选自SEQ ID NO.1~SEQ ID NO.6中的序列;
(2).分别包被有特异的anti-tag序列的微球,所述anti-tag序列能相应地与(1)中所选tag序列互补配对,所述anti-tag序列选自SEQ ID NO.13~SEQ ID NO.18中的序列;
(3).用于扩增具有G238C,G460A和/或A719G SNP位点的TPMT基因目标序列的引物。
优选地,所述扩增用的引物为选自针对G238C SNP位点的SEQ ID NO.19和SEQ ID NO.20针对G460A SNP位点的SEQ ID NO.21和SEQ ID NO.22,针对A719G SNP位点的SEQ ID NO.23和SEQ ID NO.24。
本发明的另一目的是提供TPMT基因SNP检测的特异性引物序列,该引物序列特异性强,能准确区分各种基因型,并且多位点同步检测不存在交叉反应率。
所述用于TPMT基因SNP检测的特异性引物序列,包括:针对G238C野生型和突变型的SNP位点SEQ ID NO.7和SEQ ID NO.8;针对G460A野生型和突变型的SNP位点的SEQ ID NO.9和SEQID NO.10;和/或针对A719G野生型和突变型的SNP位点的SEQ ID NO.11和SEQ ID NO.12。
本发明的另一目的是提供使用上述液相芯片对TPMT基因SNP进行检测的方法。
一种使用上述液相芯片对TPMT基因SNP检测的方法,主要包括以下步骤:
(一)PCR扩增待测样品DNA;
(二)PCR反应产物用ExoSAP-IT试剂盒进行酶切处理;
(三)用所述ASPE引物进行引物延伸反应,在反应过程中掺入生物素标记的dCTP,从而使反应后的产物带上多个的生物素标记;
(四)将对应ASPE引物的包被有特异的anti-tag序列的微球与上述延伸反应后的产物进行杂交反应;
(五)杂交反应后的产物与链霉亲和素-藻红蛋白进行反应;
(六)通过荧光检测仪检测。
本发明的主要优点在于:
1.本发明所提供的检测方法与测序法的吻合率高达100%。所制备的TPMT基因SNP检测液相芯片具有非常好的信号-噪声比,并且所设计的探针以及anti-tag序列之间基本上不存在交叉反应。
2.本发明设计的ASPE型特异性引物具有非常好的特异性,能准确区分各种型别的基因型。
3.本发明的检测方法步骤简单,一步多重PCR即可完成三个具有SNP位点的目标序列的扩增,避免了反复多次PCR等复杂操作过程中存在的诸多不确定因素,因而可大大提高检测准确率,体现了精确的同时定性、定量分析特征。
4.本发明所提供的检测方法所需要的时间远远低于常用的测序技术,特别符合临床需要。
5.本发明不仅克服了传统固相芯片敏感性不高,检测结果的可重复性差的缺陷,同时对现有的液相芯片技术进行改进,使得所制备微球能适用于不同的检测项目,具有很强的拓展性。检测的荧光信号值大大提高,从而使得检测的灵敏度进一步得到提高,信噪比增强,检测结果更加准确可靠。
具体实施方式
实施例1TPMT基因SNP检测液相芯片,主要包括有:
一、ASPE引物
针对TPMT的三种常见SNP位点:G238C,G460A和A719G,分别设计特异性的引物序列。ASPE引物由“Tag+特异性引物序列”组成。ASPE引物序列如下表所示:
表1 ASPE引物序列(Tag+特异性引物序列)
每条ASPE引物包括两个部分,5’端为针对相应微球上anti-tag序列的特异性tag序列,3’端为突变型或野生型特异性引物序列(如上述表1所示)。所有ASPE引物由上海生工生物工程技术服务有限公司合成。合成后的每条引物分别用10mmol/L Tris Buffer配制成100pmol/mL的贮存液。
二、anti-tag序列包被的微球
根据所设计的ASPE特异性引物序列,选择tag序列,最大限度地减少各微球的anti-tag序列之间以及tag与ASPE特异性引物序列可能形成的二级结构,选择的六种微球编号与微球上相应的anti-tag序列如表2所示:
表2 微球编号与微球上相应的anti-tag序列
选择的6种微球购自美国Luminex公司,将anti-tag序列包被与微球上。anti-tag序列与微球之间连接有5-10个T的间隔臂序列,即在每个anti-tag序列前加上一段5-10个T的间隔臂序列,anti-tag序列由上海生工生物工程技术服务有限公司合成。将合成的anti-tag序列用灭菌ddH2O配成100nmol/ml的贮存液。所述间隔臂为用于将特异性的探针与微球表面间隔开来或是将特异性探针置于亲水性环境中的序列。通过在探针序列与氨基之间设置适当长度的间隔臂序列,可减少空间位阻,提高杂交反应的效率以及杂交反应的特异性。常见的间隔臂序列包括多聚dT,即poly(dT),寡聚四聚乙二醇以及(CH2)n间隔臂(n≥3),如(CH2)12、(CH2)18等。另外,如果存在poly(dA)干扰,还可以用poly(TTG)作为间隔臂。本发明间隔臂优选为5-10个T,在中国,T的合成技术比较成熟,成本相对较低。
微球包被按常规步骤,具体过程如下:
分别取5×106个上述编号的羧基化的微球(购自Luminex公司)悬浮于50ul 0.1mol/L的MES溶液中(pH4.5),加入10ul合成的anti-tag分子(100nmol/ml)。配制10ng/ml的EDC(N-(3-Dimethylaminopropyl)-N-ethylcarbodiimide)(购自Pierce Chemical公司)工作液。往微球悬液中加入2.5ul的EDC工作液,恒温孵育30分钟,再加入2.5ul的EDC工作液,再恒温孵育30分钟。反应结束后,用0.02%的Tween-20洗涤一次,再用0.1%的SDS液洗涤一次。将洗涤后的包被有anti-tag序列的微球重悬于100ul的Tris-EDTA溶液[10mmol/L Tris(pH8.0),1mmol/L EDTA中,2-8℃避光保存。
三、扩增出具有SNP位点的目标序列的引物:
目标检测的4种常见SNP位点TPMT的TPMT*2(G238C)、TPMT*3A(G460A/A719G)、TPMT*3B(G460A)和TPMT*3C(A719G),涉及到3个单核苷酸多态性位点G238C,G460A和A719G。其中G238C位于Exon 5,G460A位于Exon 7,A719G位于Exon 10。利用Primer5.0设计三对引物(见表3),分别扩增出三条具有SNP位点的目标序列。
表3 扩增出具有SNP位点的目标序列的引物
所有引物由上海生工生物工程技术服务有限公司合成。合成后的每条引物分别用10mmol/L Tris Buffer配制成100pmol/mL的贮存液。
实施例2运用实施例1所述TPMT基因SNP检测液相芯片对临床样本的检测所述各种溶液的配方如下:
50mM的MES缓冲液(pH5.0)配方(250ml):
试剂 |
来源 |
终浓度 |
每250ml的用量 |
MES(2[N-Morpholino]ethanesulfonic acid) |
Sigma M-2933 |
0.05M |
2.44g |
5M NaOH |
Fisher SS256-500 |
--- |
5滴 |
2×Tm杂交缓冲液
试剂 |
来源 |
终浓度 |
每250ml的用量 |
1MTris-HCl,pH8.0 |
SigmaT3038 |
0.2M |
50ml |
5M NaCl |
Sigma S5150 |
0.4M |
20ml |
Triton X-100 |
Sigma T8787 |
0.16% |
0.4ml |
过滤后贮存于4℃。
ExoSAP-IT试剂盒购自美国USB公司。
生物素标记的dCTP购自上海生工生物工程技术服务有限公司。
一、样本的DNA提取:
参照AxyPrep全血基因组小量提取试剂盒说明,得到待检测的DNA.
二、待测样品的PCR扩增
利用Primer5.0设计三对引物,多重PCR一步扩增出TPMT的外显子5、外显子7和外显子10共三条具有SNP位点的目标序列,产物大小分别为310bp、177bp、208bp。引物序列(SEQNO.19-24)见上述表4所示。
首先配制多重PCR引物工作液:分别各取SEQ NO.19-24的引物贮存液100ul于1.5ml微量离心管中,混合均匀即为多重PCR引物工作液。多重PCR反应体系如下:
10×缓冲液(含Mg2+) 5ul
dNTP(各2.5mmol/L) 4ul
Taq酶(5U/ul) 0.5ul
多重PCR引物工作液(各16.7pmol/mL) 6ul
模板DNA(10ng/ul) 1ul
ddH2O 33.5ul
共 50ul
PCR扩增程序为:95℃3min;94℃20s,56℃30s,72℃30s,30个循环;72℃10min;4℃保存备用。
三、PCR产物的酶切处理
参照ExoSAP-IT试剂盒说明,详细步骤如下:
1.取7.5ul PCR反应后的产物,加入3ul ExoSAP-IT酶;
2.37℃孵育15min。80℃孵育15min,使多余的酶灭活。酶切处理后的产物直接用于后续的ASPE引物延伸反应。
四、位点特异的引物延伸反应(ASPE)
利用上述设计的位点特异性引物进行引物延伸反应,在反应过程中掺入生物素标记的dCTP,从而使反应后的产物带上多个的生物素标记。
首先配制混合的ASPE引物工作液:分别各取G238C-w、G238C-m、G460A-w、G460A-m、A719G-w和A719G-m相应的ASPE引物贮存液10ul于1.5ml微量离心管中,加入10mmol/L TrisBuffer补至200ul,混合均匀即为ASPE混合引物工作液。ASPE反应的体系如下:
10×缓冲液 2ul
MgCl2(50mmol/L) 0.5ul
Biotin-dCTP(400umol/L) 0.25ul
dATP、dGTP、dTTP混合液(各100umol/L) 1ul
Tsp酶(5U/ul) 0.25ul
混合的ASPE引物工作液(各500nmol/L) 1ul
酶切处理的PCR扩增产物 5ul
ddH2O 10.ul
共 20ul
PCR程序为:96℃2min;94℃30s,58℃1min,72℃2min,30个循环;4℃保存备用。
五、杂交反应
1.根据设计的ASPE引物,选择相应的最优的六种微球(微球浓度均为2.5×105个/ml)。每种微球分别带有不同颜色编码,同时每种微球表面分别连接有一段24bp的特异性的寡核苷酸序列(anti-tag),这些anti-tag序列能分别与对应的ASPE引物5’端的tag序列特异结合;
2.分别取1ul每种编号的微球于1.5ml的微量离心管中;
3.微球于≥10000g离心1-2min;
4.弃去上清,微球重悬于100ul的2×Tm杂交缓冲液中,涡旋混匀;
5.取25ul上述微球悬液于96孔滤板相应的孔中,对照孔加25ul的ddH2O;
6.取5-25ul的ASPE反应液于相应的孔中,用ddH2O补足至50ul;
7.用锡箔纸包住96孔板以避光,95℃60s,37℃15min孵育杂交;
8.杂交后的微球于≥3000g离心2-5min;
9.去上清,将微球重悬于75ul的1×Tm杂交缓冲液中;
10.微球于≥3000g离心2-5min;
11将微球重悬于75ul的1×Tm杂交缓冲液中,加入15ul浓度为10ug/ml的链霉亲和素-藻红蛋白(SA-PE);
12.37℃孵育15min,于Luminex仪器上检测。
六、结果检测与数据分析
反应后产物通过Luminex系列分析仪器检测。以聚苯乙烯微球作为反应的载体,以荧光检测仪作为检测平台,对核酸分子进行高通量的多指标并行检测。在微球的制造过程中,掺入不同比例的红光及红外光染色剂,从而形成多至100种不同颜色编码的微球。不同的微球共价结合了针对不同待检测物的核酸分子作为探针分子,报告分子以生物素标记,并用高灵敏的荧光染料染色。这些微球与待测物、报告分子、荧光标记物就形成完整的微球检测体系用于Luminex系统的读取。Luminex阅读系统分别激发红色激光和绿色激光用于微球体系的检测,检测结果如表4和表5所示。
对荧光值(MFI)和数据处理有以下要求:
1.每个位点需至少有一个等位基因MFI大于300而且大于10×PCR阴性对照MFI;
2.NET MFI=样品MFI-PCR阴性对照MFI(NET MFI小于0的以0表示);
3.满足以上两个条件的数据,按下列公式计算突变比值:
突变比值=突变型NET MFI÷(突变型NET MFI+野生型NET MFI)
4.根据经验对每个检测位点的突变比值确定阈值(cut-off值),以划分野生型纯合子、杂合子和突变型纯合子。
使用本方法检测大量样本的TPMT基因多态性,实验数据符合上述要求,因此可计算得它们的突变比值。阈值(cut-off值)的设置如下:突变比值范围在0%-20%视为野生型纯合子;30%-70%视为杂合子;80%-100%视为变异型纯合子。以测序法检测与液相芯片结果作对照,计算本发明所提供的分型方法检测结果的吻合率。本方法检测20份样本的TPMT基因型检测结果与测序结果吻合率达到100%。可见本发明所提供的TPMT基因SNP检测液相芯片能够准确地检测出TPMT基因的SNP类型,且结果稳定可靠。
表4 样本检测结果(MFI)
序号NO. |
G238C-w |
G238C-m |
G460A-w |
G460A-m |
A719G-w |
A719G-m |
阴性对照 |
6 |
19 |
8 |
18 |
13 |
13 |
1 |
2722 |
38 |
2278 |
12 |
2237 |
25 |
2 |
3496 |
34 |
2498 |
24 |
2315 |
41 |
3 |
2698 |
43 |
2393 |
22 |
2215 |
40 |
4 |
3299 |
35 |
2473 |
30 |
2156 |
14 |
5 |
2528 |
28 |
2923 |
49 |
2430 |
22 |
6 |
2693 |
26 |
2911 |
23 |
2267 |
36 |
7 |
2657 |
42 |
2131 |
36 |
2317 |
40 |
8 |
3448 |
48 |
2635 |
14 |
2206 |
43 |
9 |
3347 |
39 |
2092 |
46 |
2771 |
35 |
10 |
2684 |
49 |
2729 |
29 |
2210 |
14 |
11 |
2729 |
49 |
2135 |
26 |
2028 |
24 |
12 |
3273 |
42 |
2196 |
24 |
2339 |
40 |
13 |
3232 |
13 |
2658 |
40 |
2169 |
45 |
14 |
2613 |
10 |
2413 |
12 |
2064 |
46 |
15 |
2598 |
17 |
2460 |
41 |
2224 |
47 |
16 |
3407 |
20 |
2866 |
15 |
595 |
566 |
17 |
2551 |
30 |
2684 |
21 |
2252 |
33 |
18 |
3383 |
12 |
2268 |
12 |
2841 |
20 |
19 |
3266 |
32 |
2411 |
28 |
2670 |
15 |
20 |
2521 |
13 |
2975 |
27 |
2209 |
12 |
表5 样本TMPT基因多态性分析结果
实施例3:不同的ASPE引物的液相芯片对TPMT基因SNP位点的检测
一、液相芯片制备的设计(Tag序列及Anti-Tag序列的选择)
以TPMT基因G238C位点突变的检测液相芯片为例,针对G238C的野生型和突变型设计ASPE引物3’端的特异性引物,而ASPE引物5’端的Tag序列则选自SEQ ID NO.1-SEQ ID NO.6中的3条,相应的,包被于微球上的与对应tag序列互补配对的anti-tag序列选择SEQIDNO.13-SEQ ID NO.18。具体设计如下表(表6)所示。ASPE引物的合成、Anti-tag序列包被微球、扩增引物、检测方法等如实施例1和实施例2所述。
表6
二、样品检测
采用上述设计制备的液相芯片,按实施例2所述检测过程和方法对血清样品1-10进行检测,检测结果如下(表中数据为检测荧光值):
表7 样本检测结果与基因多态性分析
其它针对不同的SNP位点的液相芯片,ASPE引物运用不同的Tag序列,其结果依然稳定可靠,具体数据省略。
以上是针对本发明的可行实施例的具体说明,但该实施例并非用以限制本发明的专利范围,凡未脱离本发明技艺精神所为的等效实施或变更,均应包含于本发明的专利范围中。
序列表
<110>广州益善生物技术有限公司
<120>TPMT基因SNP检测的特异性序列、液相芯片及方法
<160>24
<170>PatentIn version 3.1
<210>1
<211>24
<212>DNA
<213>人工序列
<400>1
tcaattactt cactttaatc cttt 24
<210>2
<211>24
<212>DNA
<213>人工序列
<400>2
aatcttacta caaatccttt cttt 24
<210>3
<211>24
<212>DNA
<213>人工序列
<400>3
cttttcaaat caatactcaa cttt 24
<210>4
<211>24
<212>DNA
<213>人工序列
<400>4
caatttactc atatacatca cttt 24
<210>5
<211>24
<212>DNA
<213>人工序列
<400>5
ctacttcata tactttatac taca 24
<210>6
<211>24
<212>DNA
<213>人工序列
<400>6
ctttcaatta caatactcat taca 24
<210>7
<211>22
<212>DNA
<213>人工序列
<400>7
tgtatgattt tatgcaggtt tg 22
<210>8
<211>22
<212>DNA
<213>人工序列
<400>8
tgtatgattt tatgcaggtt tc 22
<210>9
<211>21
<212>DNA
<213>人工序列
<400>9
acatgatttg ggatagagga g 21
<210>10
<211>21
<212>DNA
<213>人工序列
<400>10
acatgatttg ggatagagga a 21
<210>11
<211>24
<212>DNA
<213>人工序列
<400>11
tcatttactt ttctgtaagt agat 24
<210>12
<211>24
<212>DNA
<213>人工序列
<400>12
tcatttactt ttctgtaagt agac 24
<210>13
<211>24
<212>DNA
<213>人工序列
<400>13
aaaggattaa agtgaagtaa ttga 24
<210>14
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aaagaaagga tttgtagtaa gatt 24
<210>15
<211>24
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<400>15
aaagttgagt attgatttga aaag 24
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<212>DNA
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<400>16
aaagtgatgt atatgagtaa attg 24
<210>17
<211>24
<212>DNA
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<400>17
tgtagtataa agtatatgaa gtag 24
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<211>24
<212>DNA
<213>人工序列
<400>18
tgtaatgagt attgtaattg aaag 24
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<211>21
<212>DNA
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<400>19
ctttgaaacc ctatgaacct g 21
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<211>21
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<213>人工序列
<400>20
cttttgtggg gatatggata c 21
<210>21
<211>21
<212>DNA
<213>人工序列
<400>21
gattgttgaa gtaccagcat g 21
<210>22
<211>21
<212>DNA
<213>人工序列
<400>22
tacttaccat ttgcgatcac c 21
<210>23
<211>21
<212>DNA
<213>人工序列
<400>23
ccctgatgtc attcttcata g 21
<210>24
<211>21
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<400>24
cctcaaaaac atgtcagtgt g 21