CYP2E1基因SNP检测特异性引物、液相芯片和检测方法
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CYP2E1基因SNP检测特异性引物、液相芯片和检测方法。
技术背景
二甲基亚硝胺D-脱甲基酶(Cytochrome P450 2E1,CYP2E1)是代谢内源性物质和外源性物质的细胞色素酶P450超家族中的一员,主要参与亚硝胺及其前致癌物N-亚硝基二甲胺和N-亚硝基四吡咯烷的代谢,同时参与酒精的氧化代谢和产生自由基而启动脂质过氧化。CYP2E1在解毒和代谢方面较CYP450其它酶更为重要,对乙醇、亚硝胺、苯类及四氯化碳等毒性物质具有特异的代谢作用。同时,CYP2E1基因多态性与肺癌、肝癌和鼻咽癌等多种肿瘤的发生、发展密切相关。目前CYP2E1作为一种重要的生物转化酶,其遗传多态性与多种疾病的易感性已成为临床研究的热点。
有研究表明,中国人群中存在CYP2E1*2、CYP2E1*3和CYP2E1*5型突变体。CYP2E1*2是由于外显子2上第1168位的G→A突变引起第76位氨基酸由Arg(R)变为His(H),导致酶活的降低,该基因型在中国人的突变率为2.56%。而CYP2E1*3则是由于外显子8第10059位的G→A突变引起氨基酸第389位由Val(V)变成Ile(I),但酶活并无明显改变。CYP2E1*5是发生在5’端非编码区的Rsa I/Pst I位点多态性,与肺癌易感性关系密切。携带CYP2E1*5野生基因型个体发生肺癌的风险是携带CYP2E1*5突变基因型个体的1.55倍,CYP2E1*5突变基因型可能是肺癌发生的保护和抑制因素,CYP2E1*5基因型中的Rsa I变异等位基因的存在能降低肺腺癌的发病率,野生型CYP2E1*5Rsa I却能增加肺腺癌的易感性。在CYP2E1基因的5’端非编码区,Rsa I和Pst I多态呈完全连锁,野生型等位基因(c1)的第1053核苷酸存在一个Rsa I酶识别部位,而突变型等位基因(c2)在该处发生点突变(C→T),使Rsa I酶识别部位消失;相反野生型等位基因(c1)的第1293位核苷酸不存在Pst I酶识别部位,但发生点突变(G→C)后,在该处形成Pst I酶识别部位,从而产生(c2)等位基因。两种等位基因形成A型(c1/c1)、B型(c1/c2)和C型(c2/c2)3种基因型,研究发现C型基因增强子活性是A型基因增强子活性的10倍,Pst I和Rsa I限制性片段多态性在转录水平影响CYP2E1的表达,c2等位基因使其表达增加。CYP2E1的基因多态性使其转录活性有明显差别,从而导致CYP 2E1在体内的活性不同。
目前国内外几乎没有检测CYP2E1基因多态性的产品上市,大部分的报道仍处于实验研究阶段,尚未商品化。已有的检测技术主要建立在传统固相芯片和PCR的基础上,传统固相芯片价格昂贵,而且敏感性不高,检测结果的可重复性差,而其它以PCR为基础检测技术,主要有荧光定量PCR和直接测序法,这些技术存在灵敏度低,样品易污染、假阳性率高的缺点,同时检测通量存在局限性,不能满足检测应用的需要。
发明内容
本发明的目的之一是提供CYP2E1基因SNP检测液相芯片。该液相芯片可用于检测CYP2E1基因的正常基因型以及三种常见等位基因型G1168A、C1053T和G1293C的变异。
实现上述目的的技术方案如下:
一种CYP2E1基因SNP检测液相芯片,主要包括有:
(A).针对CYP2E1基因的SNP位点分别设计的ASPE引物对:每种ASPE引物由5’端的tag序列和3’端针对目的基因SNP位点的特异性引物序列组成,所述特异性引物序列分别为:针对G1168A位点的SEQ ID NO.7及SEQ ID NO.8、针对C1053T位点的SEQ ID NO.9及SEQID NO.10、和/或针对G1293C位点的SEQ ID NO.11及SEQ ID NO.12;所述tag序列选自SEQ IDNO.1-SEQ ID NO.6中的序列;
(B).分别包被有特异的anti-tag序列的微球,上述每种微球具有不同颜色编码;所述anti-tag序列选自SEQ ID NO.13~SEQ ID NO.18中的序列,且所述anti-tag序列能相应地与(A)中所选的tag序列互补配对;
(C).用于分别扩增具有G1168A、C1053T和/或G1293C SNP位点的CYP2E1基因目标序列的扩增引物。
优选地,所述扩增引物为:针对G1168A位点的SEQ ID NO.19及SEQ ID NO.20、针对C1053T位点的SEQ ID NO.21及SEQ ID NO.22、和/或针对G1293C位点的SEQ ID NO.23及SEQ ID NO.24。
优选地,所述ASPE引物对为:针对G1168A位点的由SEQ ID NO.1和SEQ ID NO.7组成的序列及由SEQ ID NO.1和SEQ ID NO.8组成的序列、针对C1053T位点的由SEQ ID NO.3和SEQ ID NO.9组成的序列及由SEQ ID NO.4和SEQ ID NO.10组成的序列;和/或针对G1293C位点的由SEQ ID NO.5和SEQ ID NO.11组成的序列及由SEQ ID NO.6和SEQ ID NO.12组成的序列。
优选地,所述anti-tag序列与微球连接中间还设有间隔臂序列。
本发明的另一目的是提供使用上述液相芯片对CYP2E1基因SNP进行检测的方法。
具体技术方案如下:
一种使用上述液相芯片对CYP2E1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。
本发明的另一目的是提供用于CYP2E1基因SNP检测的特异性引物。
具体技术方案如下:
用于CYP2E1基因SNP检测的特异性引物,包括有:针对G1168A位点的SEQ ID NO.7及SEQ ID NO.8、针对C1053T位点的SEQ ID NO.9及SEQ ID NO.10、和/或针对G1293C位点的SEQ ID NO.10及SEQ ID NO.12。
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CYP2E1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,可实现多个SNP位点的并行检测。
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。本发明所设计的各种特异性ASPE引物,能够在均一的反应条件下进行杂交反应,且各种引物、探针之间基本不存在非特异性结合。
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,从而使检测的灵敏度进一步得到提高,检测结果更加准确可靠。同时,多种ASPE特异性引物的组合使用使液相芯片和检测方法形成一个检测效果完好的系统。
具体实施方式
实施例1CYP2E1基因SNP检测液相芯片,主要包括有:
一、ASPE引物
针对CYP2E1的三种常见SNP位点:G1168A、C1053T和G1293C,分别设计特异性引物序列。其中,G1168A为CYP2E1*2型突变,位于外显子2;C1053T与G1293C为CYP2E1*5型突变,位于5’非编码区;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1ASPE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,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anti-tag与微球表面间隔开来或是将anti-tag置于亲水性环境中的序列。通过在anti-tag序列与微球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。
微球包被的过程如下:
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/LEDTA中,2-8℃避光保存。每种微球分别带有不同颜色编码。
三、扩增出具有SNP位点的目标序列的引物
目标检测的3种常见SNP位点:G1168A、C1053T和G1293C,其中CYP2E1*2(G1168A)位于外显子2;CYP2E1*5(C1053T/G1293C)位于5’非编码区。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CYP2E1基因SNP检测液相芯片对样本的检测
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 |
5MNaOH |
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 |
5MNaCl |
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CYP2E1的外显子2和5’非编码区的3共两条具有SNP位点的目标序列,产物大小分别为370bp、412bp和366bp。引物序列(SEQ NO.19-24)见上述表3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G1168A-w、G1168A-m、C1053T-w、C1053T-m、G1293C-w、G1293C-m相应的ASPE引物贮存液10ul于1.5ml微量离心管中,加入10mmol/LTris Buffer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)。
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CYP2E1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CYP2E1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CYP2E1基因SNP检测液相芯片能够准确地检测出CYP2E1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. |
G1168A-w |
G1168A-m |
C1053T-w |
C1053T-m |
G1293C-w |
G1293C-m |
阴性对照 |
17 |
14 |
12 |
25 |
10 |
24 |
1 |
2461 |
136 |
1256 |
1768 |
1598 |
1856 |
2 |
2982 |
219 |
2082 |
146 |
2721 |
238 |
3 |
2589 |
133 |
3263 |
243 |
3038 |
144 |
4 |
2176 |
138 |
43 |
3159 |
24 |
2963 |
5 |
2452 |
157 |
3316 |
150 |
2870 |
230 |
6 |
2566 |
185 |
3032 |
245 |
3462 |
225 |
7 |
2382 |
159 |
31 |
2504 |
48 |
2828 |
序号NO. |
G1168A-w |
G1168A-m |
C1053T-w |
C1053T-m |
G1293C-w |
G1293C-m |
8 |
32 |
2506 |
3021 |
127 |
3476 |
227 |
9 |
2797 |
135 |
2955 |
81 |
2469 |
145 |
10 |
2866 |
125 |
2658 |
135 |
2861 |
244 |
11 |
2252 |
114 |
2440 |
93 |
2094 |
148 |
12 |
3428 |
217 |
2930 |
128 |
2890 |
235 |
13 |
2410 |
136 |
3064 |
217 |
3366 |
232 |
14 |
2515 |
216 |
2035 |
218 |
3200 |
129 |
15 |
3160 |
214 |
1633 |
1733 |
1599 |
1856 |
16 |
3013 |
314 |
3478 |
128 |
3493 |
228 |
17 |
2681 |
231 |
2836 |
315 |
2182 |
358 |
18 |
2609 |
224 |
2689 |
133 |
3291 |
316 |
19 |
3250 |
127 |
2156 |
138 |
2123 |
234 |
20 |
2897 |
322 |
3345 |
146 |
3058 |
237 |
表5样本CYP2E1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CYP2E1基因SNP检测基因突变的检测
一、液相芯片制备的设计(Tag序列及Anti-Tag序列的选择)
以CYP2E1基因CYP2E1*2(G1168A)位点突变的检测液相芯片为例,针对G1168A的野生型和突变型设计ASPE引物3’端的特异性引物序列,而ASPE引物5’端的Tag序列则选自SEQ ID NO.1-SEQ ID NO.6,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SEQ ID NO.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液相芯片制备的设计
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样品21-40进行检测,检测结果如下:
表7样本检测结果(MFI)与基因多态性分析
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>CYP2E1基因SNP检测特异性引物、液相芯片和检测方法
<160>24
<170>PatentIn version 3.1
<210>1
<211>24
<212>DNA
<213>人工序列
<400>1
cttttacaata cttcaatac aatc 24
<210>2
<211>24
<212>DNA
<213>人工序列
<400>2
aatcctttct ttaatctcaa atca 24
<210>3
<211>24
<212>DNA
<213>人工序列
<400>3
atacttcatt cattcatcaa ttca 24
<210>4
<211>24
<212>DNA
<213>人工序列
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tcaatcaatt acttactcaa atac 24
<210>5
<211>24
<212>DNA
<213>人工序列
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ttactcaaaa tctacacttt ttca 24
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<211>24
<212>DNA
<213>人工序列
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tacacaatct tttcattaca tcat 24
<210>7
<211>20
<212>DNA
<213>人工序列
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ctgtacgtgg gctcgcagcg 20
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<211>20
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<213>人工序列
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ctgtacgtgg gctcgcagca 20
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<211>23
<212>DNA
<213>人工序列
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attcattgtt aatataaaag tac 23
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<211>23
<212>DNA
<213>人工序列
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attcattgtt aatataaaag tat 23
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cttcttggtt caggagagg 19
<210>12
<211>19
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cttcttggtt caggagagc 19
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<213>人工序列
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gattgtattg aagtattgta aaag 24
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tgatttgaga ttaaagaaag gatt 24
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tgaattgatg aatgaatgaa gtat 24
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gtatttgagt aagtaattga ttga 24
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tgaaaaagtg tagattttga gtaa 24
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gcttagagcc ccgcacct 18
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<212>DNA
<213>人工序列
<400>20
ggactcaccc ctgtccctgt 20
<210>21
<211>23
<212>DNA
<213>人工序列
<400>21
gtagaaaaac tgggttagaa tgc 23
<210>22
<211>20
<212>DNA
<213>人工序列
<400>22
tcttgtcttt gttgatcccg 20
<210>23
<211>19
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<213>人工序列
<400>23
aaccagaggg aagcaaagg 19
<210>24
<211>22
<212>DNA
<213>人工序列
<400>24
cattctgtct tctaactggc aa 22