CN102311952A - 一种多癌风险易感性突变位点及其应用和制备的试剂盒 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多癌风险易感性突变位点及其应用和制备的试剂盒。本发明通过研究证实，多癌家系染色体3q24-26区域与疾病位点紧密连锁，基因突变筛查进一步证实人TSC22D2基因的ATG上游-91bp T＞C突变(c.-91T＞C)在多癌家系中与致病单体型共分离，通过在当地正常人群大规模测序验证，该突变为阴性。从而提出针对该突变位点的基因型可用于肿瘤遗传易感人群的筛查，用于肿瘤患病风险预测。并研制了相关的突变筛查试剂盒。该试剂盒具有灵敏度高、特异性好、高通量等优点，与传统的测序方法相比，无需PCR产物的纯化，减少了交差污染等人为因素的干扰，同时节省了大量的人力、财力和物力。

Description

一种多癌风险易感性突变位点及其应用和制备的试剂盒

技术领域

本发明属肿瘤分子遗传学领域，涉及一种多癌风险易感性突变位点及其应用和制备的试剂盒。

背景技术

肿瘤是一种多基因复杂性疾病，其发生是环境因素与肿瘤遗传易感因素共同作用的结果。基因突变是导致不同个体对肿瘤遗传易感存在差异的重要原因。瘤基因与抑瘤基因的突变、线粒体DNA突变以及不稳定性三核苷酸重复序列的动态突变等均与肿瘤的遗传易感性相关。如果瘤基因与抑瘤基因的突变，存在家族与人群聚集性，可显著提高患肿瘤的风险，那么对于这些突变位点在健康或肿瘤人群中进行筛查，无疑能对具有肿瘤遗传易感倾向的人群起到的风险预警和早期诊断的作用。

传统的突变检测方法是采用一些已有的成熟技术，如DNA测序、限制性酶切片段长度多态性(RFLP)、单链构象多态性(SSCP)、等位基因特异的寡聚核苷酸杂交(ASO)等。这些技术虽在某种程度上能完成对突变位点的检测，但由于它们必须通过凝胶电泳进行检测，因此，距快速、高效、自动化的检测目标还相差甚远。传统的RFLP只能检测到突变的一部分，测序技术既费时费力，又不易实现自动化，而且DNA链的二级结构还容易造成人工假相，使测序结果出现偏差，不适宜于突变的检测；SSCP则很难满足自动化的需要，难以大规模开展工作。因此，这些方法均未被广泛采用。DNA芯片技术是近年来新开发的一种DNA序列变异检测工具，但如果涉及的突变位点不多时，用高通量DNA芯片则因成本较高也不适宜。

相比之下，变性高效液相色谱(Denaturing High Performance Liquid Chromatography，DHPLC)在突变检测上具有较大的优势。DHPLC是一种在SSCP和DGGE基础上发展起来的新的高通量筛选DNA序列变异的技术，其原理是通过HPLC在部分变性的条件下将发生错配的异源杂合双链DNA与完全匹配的同源双链DNA分离开来。该技术可以自动检测单碱基替代及小片段核苷酸的插入或缺失，还可分离分析大小相近而序列存在差异的DNA，是一种高性价比的检测技术。与传统的杂合双链分析技术相比较，上样前PCR产物不需要酶切、纯化，可直接进行分析，同时过柱不需要灌胶、上样、电泳等繁琐的跑胶过程，该技术花时短，分析一个样品一般仅需5分钟，不需使用放射性同位素，自动化程度高，大大降低了交叉污染的几率、减少了工作量和成本。因此具有高通量、自动化、快速、检出率高、重复性好、检测DNA片段大小范围广等优点。运用DHPLC技术的WAVE核苷酸片段分析系统可以快速、自动化地进行分析。目前国内外，DHPLC技术已在基因分型分析、肿瘤的突变检测、地中海贫血的基因诊断等方面得到了广泛的应用。当前DHPLC仪器和技术已经在各地市级医院非常普及，也是该试剂盒得以推广的重要保证。

发明内容

本发明的目的在于通过研究与多种肿瘤发生相关的突变，从而提供一种多癌风险易感性突变位点及其应用和制备的试剂盒。可用于正常人群肿瘤遗传易感性的筛查，起到风险预警、早期诊断的作用。

一种多癌风险易感性突变位点，位于人TSC22D2基因的ATG上游-91bp，T＞C，其基因型包括阴性基因型tt和多癌易感风险基因型tc或cc。

一种多癌风险易感性突变位点应用于制备检测多癌风险易感性试剂，所述的多癌风险易感性突变位点位于人TSC22D2基因的ATG上游-91bp，T＞C，其基因型包括阴性基因型tt和多癌易感风险基因型tc或cc。

所述的试剂包括：DNA测序试剂、限制性酶切片段长度多态性试剂、单链构象多态性试剂、等位基因特异的寡聚核苷酸杂交试剂或变性高效液相色谱试剂。最适合为变性高效液相色谱试剂。

所述试剂中含有针对突变位点设计的引物序列：

L：5′-AGAGCCGAAGAGACCGACA-3′

R：5′-ACGTCCTCTGTGCGTGACT-3′。

一种检测多癌风险易感性的突变筛查试剂盒，包括DNA抽提试剂，PCR试剂和DHPLC检测用试剂，在PCR试剂中包含针对人TSC22D2基因ATG上游-91bp，T＞C突变位点设计的上下游引物，L：5′-AGAGCCGAAGAGACCGACA-3′；R：5′-ACGTCCTCTGTGCGTGACT-3′；在DHPLC检测用试剂中，包括所述突变位点基因型为tt的阴性基因组DNA。

发明人通过对湖南罕见多癌家系的研究证实TSC22D2基因(Homo sapiens TSC22 domainfamily，member 2，基因存取号NM_014779.2，基因存取号来源为NCBI数据库)调控区存在c.-91T＞C突变位点在家系中与致病单体型共分离。TSC22D2基因属于TSC22结构域家族，其基因家族成员还有TSC22D1、TSC22D3、TSC22D4。目前对TSC22D1的研究提示，该基因家族可能参与TGFβ信号通路，该通路与肿瘤的抑制密切相关。在多种肿瘤中TSC22D1的mRNA表达下调，也表明其与恶性细胞增生有关。因此我们推测，TSC22D2作为基因家族成员之一，可能由于具有相同的结构域而具有相同或类似的功能。通过对当地500例正常人群进行该位点的突变筛查，其结果均为阴性。上述遗传学证据都提示，该基因及其突变可能与多种肿瘤的疾病发生相关，针对该位点进行人群中的基因分型可以起到患癌风险预测的作用。

考虑到人群中大量样本为阴性，本发明的发明人在传统DHPLC方法上进行改进，不是将单纯样本PCR产物上DHPLC仪进行检测，而是采取将待测样本PCR产物与阴性对照的样本DNA等量混合，变性后上DHPLC检测。这样DNA双链经变性后打开，如果有突变的话，缓慢复性后重新结合的双链中就会出现异源链，从而在DHPLC图中出现双峰。混合法可以减少的DHPLC次数并提高一次DHPLC的判别效能。可以只用一次DHPLC就区分风险易感人群和正常人群。

为适应DHPLC方法快速检测该突变，本发明提供一种用于检测人类多癌风险易感风险性的诊断试剂盒。该试剂盒包括常规DNA抽提试剂，PCR试剂和DHPLC检测用试剂。在PCR试剂中包括常规PCR试剂，如高保真Taq酶、MgCl²⁺缓冲液、PCR专用去离子水等之外，还包括待测突变位点c.-91T＞C的上下游PCR引物，引物分别针对突变位点上游300bp和下游300bp各600bp范围的片段而设计，产物大小在200～300bp之间。在DHPLC检测用试剂中，除包含常规HPLC试剂外，还包括所述突变位点的阴性对照基因组DNA。

所述引物具体核苷酸序列如下：

LEFT PRIMER  5′-AGAGCCGAAGAGACCGACA-3′

RIGHT PRIMER  5′-ACGTCCTCTGTGCGTGACT-3′

本发明试剂盒的使用方法为：(1)用枸橼酸钠抗凝管收集待测个体外周血样本，抽提基因组DNA(大于50ng/样本)；(2)用本发明试剂盒进行PCR扩增，得到产物特异目的条带；(3)取PCR产物与阴性纯合子DNA等量混合，用变性高效液相色谱系统进行检测，区分多癌风险易感阴性和阳性结果。

本发明的优点为：本发明首次发现位于人类染色体3q25.1的TSC22D2基因ATG上游-91bp存在突变T＞C(c.-91T＞C)，该突变在多癌家系中与致病单体型共分离，并且在当地大样本(500例)正常人群中验证为阴性。因此在此基础上提出一种通过该突变呈现的不同基因型来制备检测人类多癌易感风险性的试剂，以及制备得到的试剂盒，并且经临床实验研究证实，本发明的检测试剂盒具有良好灵敏性、稳定性和特异性，提高了单次DHPLC的判别效能，更加适合含有大量阴性样本的筛查。用本发明的试剂盒对正常人群进行肿瘤遗传易感性的筛查，能有效起到风险预警、早期诊断的作用。

附图说明

图1：本发明中研究的多癌家系图谱；

图2：已收集到的多癌家系图谱；

图3：用GeneHunter软件对MS结果进行单点、多点的参数和非参连锁分析的LOD值图；

图4：琼脂糖凝胶电泳得到特异目的条带；

图5：本发明突变位点在家系中的测序结果图；

图6：本发明突变位点在家系中与致病单体型共分离的单体型图；

图7：本发明突变位点在正常人群大规模测序的部分测序结果图。

具体实施方式

以下结合实施例旨在进一步说明本发明，而非限制本发明。

实施例1：前期研究发现3q24-26与多癌家系紧密连锁

前期研究中，发明人在湖南发现一个罕见多癌大家系，有六代超过103人。其中患者15人，存活有10人，涉及多种良恶性肿瘤，多癌家系图谱参见图1。为了定位与疾病连锁的染色体区段，我们首先采用了高通量SNP芯片(Affymetrix公司Human Mapping 500K SNPArray)进行全基因组扫描和分型，通过Merlin软件进行单点参数连锁分析，在3q24-3q26得到了LOD值大于2的区域。后来进一步针对该区域采用微卫星进行精细定位，通过Genehunter软件进行多点非参连锁分析时，最大LOD值达到了10.674(p＝0.00195)，定位于D3S1584～D3S3710之间，证实了该区段确实与疾病位点密切连锁(参见图2)。

在进一步用Cyrillic软件进行的单体型分析中，也发现有典型的单体型区间(D3S1555-D3S3575)与疾病共分离。而后，发明人对该区段感兴趣的Refseq gene展开了突变筛查工作，首先锁定了一些可能与肿瘤发生发展密切关联的基因。针对这些基因的外显子及内外显子交界、启动子区进行测序，最终在基因TSC22D2的ATG上游-91bp发现突变T＞C(c.-91T＞C)在家系中与致病单体型共分离，即家系中致病单体型携带者该位点的基因型均为tc杂合，系外正常或家系内致病单体型非携带者的基因型均为tt纯合(参见图4、图5)，随后该位点在当地大样本(500例)正常人群中验证为阴性(参见图6)，从遗传学上证实该位点为多癌家系的致病基因和致病突变，与多种肿瘤的发生存在关联。提示该突变与肿瘤的风险易感相关，可作为肿瘤风险预测的分子靶标。

实施例2：肿瘤风险易感突变筛查试剂盒的制备

(一)针对突变位点的引物设计

1.模板序列的选取

模板序列来自UCSC数据库(http://genome.ucsc.edu/)，针对突变位点上下游各300bp选取，以保证PCR产物在合适的片段范围便于检测。

2.引物设计

PCR引物设计有3条基本原则：首先引物要跟模板紧密结合，其次引物与引物之间不能有稳定的二聚体或发夹结构存在，再次引物不能在别的非目的位点引起DNA聚合反应(即错配)。具体考虑因素包括：引物长度(primer length)、产物长度(product length)、序列Tm值(melting temperature)、ΔG值(internal stability)、引物二聚体及发夹结构(duplex formationand hairpin)、错误引发位点(false priming site)、引物及产物GC含量(composition)等。在考虑了以上因素后，采用在线软件Primer3(http://frodo.wi.mit.edu/)设计引物，我们在诸多输出引物结果中选择了一对最合适的两对引物。具体引物序列如下：

针对TSC22D2(c.-91T＞C)的引物序列：

LEFT PRIMER  5′-AGAGCCGAAGAGACCGACA-3′

RIGHT PRIMER  5′-ACGTCCTCTGTGCGTGACT-3′

3.引物特异性检测

为了验证引物的特异性，进一步在UCSC Blat数据库中进行序列比对(http://genome.ucsc.edu/cgi-bin/hgBlat？command＝start)。在输出的结果中刚好只有引物所在染色体正反链位置上的两条序列比对上，就说明该对引物的特异性很好，可以初步选为本发明突变筛查试剂盒的引物序列。

发明人用PCR实验和跑胶进一步确认了所选择引物的特异性，选择的引物出现特异性目的带(参见图5)，其产物大小为347bp，退火温度为53℃。

本发明突变筛查试剂盒的制备通过前期实验证实，具校正功能的DNA聚合酶比Taq聚合酶更适合于DHPLC突变分析。因此，我们选择了TaKaRa公司具有校正功能的高保真DNA聚合酶PrimeSTARTM HS DNA Polymerase作为突变筛查试剂盒的PCR酶。

本发明突变筛查试剂盒的核心组分包括如下：

(1)DNA抽提试剂：TaKaRa公司全血基因组抽提试剂盒(Universal Genomic DNAExtraction Kit Ver.3.0)

(2)PCR相关试剂

Marker1上下游引物干粉(各2OD)：2支

Marker2上下游引物干粉(各2OD)：2支

高保真DNA聚合酶PrimeSTAR^TM HS DNAPolymerase：100μl

5×PrimeSTAR^TM Buffer(Mg²⁺Plus)：1ml×2

dNTP Mixture(各2.5mM)：800μl

突变位点的阴性对照(纯合子tt)Blood gDNA(50ng/μl)：100μl×2

MiniQ^TM超纯水：5ml

(3)DHPLC所需的常规试剂

Buffer A：0.1TEAA溶液；

Buffer B：0.1TEAA溶液；

Buffer C：Wash Solution；

Buffer D：Storage Solution(75％acetonitrile)；

DNA分子量标准：100bp DNA ladder(100至600bp的Marker)，参照片段(bp)600500 400 300 200 100

主要溶液：

红细胞裂解液；

白细胞裂解液

TE(10mM Tris+lmM EDTA)

饱和NaCl 5M

6M凝胶加样缓冲液

5M电泳缓冲液(TBE)

引物人工合成。通过测序方法筛查突变位点为阴性的纯合子(tt)个体，并采用全血基因组抽提试剂盒提取其外周血gDNA，跑胶呈均一条带，测吸光度OD值在1.8左右为质量合格，将其作为阴性对照DNA。

另外：根据引物的Tm值，在Tm上下五度范围，采用梯度PCR摸索得到引物的最佳退火温度，推荐退火温度为53℃。

实施例3：本发明突变筛查试剂盒的使用步骤

步骤1血液样本的采集和gDNA的抽提

血液样本的采集与处理：使用德国格雷那公司(非可替)5ml EDTA抗凝管，采集待测个体外周血样本5ml，4℃保存，两周内抽提gDNA。如果不立即抽提gDNA，可以将抗凝管放至冰箱-20℃保存，待收集了多个样本后一起抽提。

gDNA抽提：使用TaKaRa公司全血基因组抽提试剂盒(Universal Genomic DNAExtractionKit Ver.3.0)提取Blood gDNA(步骤详见产品说明书)。取2μl DNA样本跑胶，同时取2μl gDNA样本稀释到100μl，测吸光度值，按照公式：DNA浓度＝吸光度值×稀释倍数×40(单位为ng/μl或μg/ml)计算抽提的DNA浓度，取250ng稀释为50ng/μl(共50μl)待用，余下样本-80℃保存。

步骤2PCR扩增

(1)引物稀释：将突变筛查试剂盒中的装有干粉引物的离心管取出，常温点离，按照说明配制5×引物原液(50μM)，再按照1∶5稀释一部分为1×引物工作液(10μM)，待用。引物原液于-20℃保存，引物工作液于4℃保存。

(2)PCR体系：

按下列组分配制PCR反应液：

PCR反应条件设置如下：

凝胶电泳：反应结束后，取5μl PCR产物加入1μl 6×TaKaRa上样缓冲液，与6μl TaKaRaDL2000Marker在含EB的1.5％琼脂糖上一起凝胶电泳，电压100mV，30min后在紫外分析仪(美国BIO-RAD凝胶成像分析系统)上检测PCR扩增产物的特性。如为相应长度的单一PCR扩增条带，即认为扩增成功，待DHPLC检测。

步骤3DHPLC检测

DHPLC所用设备及试剂：

1)仪器：WAVE^TM2100核酸片段分析系统(美国Transgeneomic公司)；

2)试剂：

Buffer A：0.1TEAA溶液(50ml2MTEAA+250μl acetonitrile定容至1L)；

Buffer B：0.1TEAA溶液(50ml2MTEAA+250μl acetonitrile定容至1L)；

Buffer C：Wash Solution(8％acetonitrile：80ml acetonitrile定容至1L)；

Buffer D：Storage Solution(75％acetonitrile：750ml acetonitrile定容至1L)；

DNA分子量标准：100bpDNA ladder(100至600bp的Marker)，北京天为时代生物有限技术公司产品，参照片段(bp)600 500 400 300 200 100

主要溶液的配置：

红细胞裂解液：氯化铵        78g

          碳酸氢铵       8g

          EDTA          18g

溶解至1000ml蒸馏水中，PH调定至7.8，使用时稀释10倍，4℃保存。

白细胞裂解液：Tris-Cl    10mmol/L

          EDTA        2mmol/L

          NaCl      400mmol/L

TE(10mM Tris+1mM EDTA)

饱和NaCl      5M

146.2g NaCl溶解至500ml蒸馏水中

6M凝胶加样缓冲液：0.25％       溴酚蓝

              0.25％       二甲苯青FF

              50％         甘油水溶液

5M电泳缓冲液(TBE)：Tris 30.25g EDTA-2Na 1.6g

               硼酸 13.35g

DHPLC检测：因为DHPLC具有很高的敏感性和准确性，取PCR产物1.4μl，与纯阴性样本的DNA等量混合，95℃变性5min后以1℃/min速率缓慢降至65℃复性，然后以不同的溶解温度(Marker1：61℃；Marker2：60℃)上DHPLC进行检测，根据不同峰型区分基因型。

在我们的研究中，假设阴性对照的基因型为tt，而tc和cc的基因型(参见图5、图6)是具有肿瘤患病风险的基因型，因此我们首要的目的是区分阴性和肿瘤患病风险阳性这两类基因型。由于人群中大量样本可能为阴性，传统方法使得大部分样本都需要进行第二次的DHPLC才可以区分tt和cc基因型。而本发明则将传统DHPLC进行改进，将样本PCR产物与阴性样本DNA等量混合，部分变性后上DHPLC仪进行检测。将待测样本和阴性对照的样品等量混合，变性后上DHPLC检测，这样DNA双链经变性后打开，如果有突变的话，缓慢复性后重新结合的双链中就会出现异源链，从而在DHPLC图中出现双峰(参见表2)。

表2.不同基因型所对应的峰型

混合法可以减少的DHPLC次数并提高一次DHPLC的判别效能。可以只用一次DHPLC就区分风险易感人群和正常人群。接下来对于目标人群可以采用测序的方法进一步确认其基因型，也可以用患者没有参合阴性对照的PCR产物再次进行DHPLC，结果呈双峰的为杂合子(基因型AB)，呈单峰的为阳性纯合子(基因型BB)。

将DHPLC分析后的特异峰型与已知的或本发明提供不同位点不同基因型的峰型进行比较，根据比较结果确定突变的基因型。

实施例4：突变筛查试剂盒特异性、稳定性的验证

发明人收集了220例待测样本(含正常样本和部分家系致病单体型携带者)，用本试剂盒对样本进行突变位点基因分型，结果如表3。同时，采用基因分型的金标准测序法验证检测结果，其结果统计如表3所示。通过对两种方案的比较，我们可以看出，本发明所涉及的方法和试剂盒具有良好的可行性和稳定性。

表3测序法和DHPLC法的比较

Claims (6)

1.一种多癌风险易感性突变位点，其特征在于：所述的突变位点位于人TSC22D2基因的ATG上游-91bp，T＞C，其基因型包括阴性基因型tt和多癌易感风险基因型tc或cc。

2.一种多癌风险易感性突变位点的应用方法，其特征在于：应用于制备检测多癌风险易感性试剂，所述的多癌风险易感性突变位点位于人TSC22D2基因的ATG上游-91bp，T＞C，其基因型包括阴性基因型tt和多癌易感风险基因型tc或cc。

3.根据权利要求2所述的应用方法，其特征在于：所述的试剂包括：DNA测序试剂、限制性酶切片段长度多态性试剂、单链构象多态性试剂、等位基因特异的寡聚核苷酸杂交试剂或变性高效液相色谱试剂。

4.根据权利要求2或3所述的应用方法，其特征在于：所述的试剂为变性高效液相色谱试剂。

5.如权利要求4所述的应用方法，其特征在于：所述试剂中含有针对突变位点设计的引物序列：

L：5′-AGAGCCGAAGAGACCGACA-3′

R：5′-ACGTCCTCTGTGCGTGACT-3′。

6.一种检测多癌风险易感性的突变筛查试剂盒，包括DNA抽提试剂，PCR试剂和DHPLC检测用试剂，其特征在于：在PCR试剂中包含针对人TSC22D2基因ATG上游-91bp，T＞C突变位点设计的上下游引物，L：5′-AGAGCCGAAGAGACCGACA-3′；R：5′-ACGTCCTCTGTGCGTGACT-3′；在DHPLC检测用试剂中，包括所述突变位点基因型为tt的阴性基因组DNA。

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