CN102321745A - 一种定量检测dna特定位点甲基化程度的方法及试剂盒 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种定量检测DNA特定位点甲基化程度的方法及试剂盒。本发明提供的方法,包括:1)针对待测DNA序列设计PCR引物,用于扩增待测DNA;2)针对1)中扩增得到的PCR产物中的CpG位点富集区设计一对TaqMan探针,其中一条是针对CpG位点完全甲基化的DNA设计的CG探针,另外一条是针对CpG位点完全非甲基化的DNA设计的TG探针,用于特异地与PCR产物结合并检测PCR产物;和3)采用1)设计的引物和2)设计的探针进行实时定量PCR,检测待测DNA的甲基化程度。本发明的方法可以针对特定甲基化位点进行检测,而其他位点的甲基化状态并不影响检测结果。由此制成的试剂盒,可以用于检测DNA特定位点甲基化程度。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测DNA甲基化的方法及试剂盒,尤其是一种定量检测DNA特定位点甲基化程度的方法及试剂盒。
背景技术
DNA甲基化是表观遗传学(Epigenetics)的重要组成部分,在维持正常细胞功能、遗传印记、胚胎发育以及人类肿瘤发生中起着重要作用,是目前新的研究热点之一。
DNA甲基化是最早发现的基因表观修饰方式之一,存在于所有生物的DNA遗传物中。DNA甲基化能关闭或启开某些基因的活性,去甲基化则诱导或钝化了基因的重新活化和表达。甲基化的主要形式有5-甲基胞嘧啶,N6-甲基腺嘌呤和7-甲基鸟嘌呤。原核生物中CCA/TGG和GATC常被甲基化,而真核生物中甲基化仅发生于胞嘧啶。DNA的甲基化是在DNA甲基化转移酶(DNMTs)的作用下使CpG二核苷酸5′端的胞嘧啶转变为5′甲基胞嘧啶。这种DNA修饰方式并没有改变基因序列,但是它调控了基因的表达[1]。脊椎动物基因的甲基化状态有三种:持续的低甲基化状态,如管家基因;去甲基化状态,如发育阶段中的一些基因;高度甲基化状态,如女性的一条失活的X染色体[2]。
在哺乳动物中,CpG序列在基因组中出现的频率仅有1%,远低于基因组中的其它双核苷酸序列。但在基因组的某些区域中,CpG序列密度很高,可以达均值的5倍以上,成为鸟嘌呤和胞嘧啶的富集区,形成所谓的CpG岛[3]。通常,CpG岛大约含有500多个碱基。在哺乳动物基因组中约有4万个CpG岛,而且只有CpG岛的胞嘧啶能够被甲基化[4],CpG岛通常位于基因的启动子区或是第一个外显子区[5]。健康人基因组中,CpG岛中的CpG位点通常是处于非甲基化状态,而在CpG岛外的CpG位点则通常是甲基化的。这种甲基化的形式在细胞分裂的过程中能够稳定的保留[6]。当肿瘤发生时,抑癌基因CpG岛以外的CpG序列非甲基化程度增加,而CpG岛中的CpG则呈高度甲基化状态,以致于染色体螺旋程度增加及抑癌基因表达的丢失。
甲基化状态的改变是引起肿瘤的一个重要因素,这种变化包括基因组整体甲基化水平降低和CpG岛局部甲基化水平的异常升高,从而导致基因组的不稳定和抑癌基因的不表达。如果抑癌基因中有活性的等位基因失活,则发生癌症的机率提高[7]。因此,甲基化的研究,为肿瘤的早期预测、分类、分级及预后评估提供了新的依据。
随着对甲基化研究的不断深入,各种各样甲基化检测方法被开发出来以满足不同类型研究的要求。这些方法概括起来可分为三类:序列检测法,甲基化DNA特异性内切酶法和化学法。
Eads等[8]2000年报道的荧光法利用实时PCR(Real-time PCR)检测特定位点甲基化的情况,其过程如下:先用重亚硫酸盐处理待测DNA片段。设计一个能与待测位点区互补的探针,探针的5′端连接报告荧光,3′端连接淬灭荧光,随后进行实时定量PCR。如果探针能够与DNA杂交,则在PCR用引物延伸时,TaqDNA聚合酶5′到3′端的外切酶活性会将探针序列上5′端的报告荧光切下,淬灭荧光不再能对报告荧光进行抑制,使得报告荧光发光,检测每个循环报告荧光的强度即可得到该位点的甲基化情况及水平;同理,若标记的探针未能与DNA杂交,则引物延伸不能跳过未甲基化位点,报告荧光不被切下,不发光。同样的方法,也可对引物进行荧光标记,并通过不同标记的组合,检测多个位点的甲基化水平。高敏感、快速是本方法最显著的特点,而且可以做多样本、多基因位点的快速分析。此外其具备可重复、所需样本量少、不需要电泳分离的特点,可以为临床标本的分子生物学研究提供可靠的技术支持。
基于上述设计理念,通常采用一条甲基化探针对样本特异位点进行甲基化检测,以特定位点甲基化绝对量作为甲基化程度评定的标准。但是在实际临床应用过程中,由于难以获得均一的完全病变的临床样本,因此在上述实时PCR检测过程中,不可避免的在病变样本中掺入了正常样本的甲基化或非甲基化因素,造成甲基化程度判定的误差,从而影响了检测结果的准确性。在这种情况下,上述实时PCR检测特定位点甲基化的方法就受到了限制。
发明内容
因此,本发明的目的是提供一种定量检测DNA特定位点甲基化程度的方法。
本发明的另一个目的是提供一种定量检测DNA特定位点甲基化程度的试剂盒。
本发明的方法是通过以下技术方案来实现的。一方面,本发明提供一种定量检测DNA特定位点甲基化程度的方法,所述方法包括:1)针对待测DNA序列设计PCR引物,用于扩增待测DNA;2)针对1)中扩增得到的PCR产物中的CpG位点富集区设计一对TaqMan探针,其中一条是针对CpG位点完全甲基化的DNA设计的CG探针,另外一条是针对CpG位点完全非甲基化的DNA设计的TG探针,它们可以特异地与PCR产物结合并检测PCR产物;3)利用设计的引物和探针进行实时定量PCR,检测待测DNA的甲基化程度。
优选地,所述待测DNA先经过化学处理;更优选地,所述化学处理为重亚硫酸盐处理。
优选地,所述步骤1)中设计的PCR引物为兼并引物,其中对应CpG位点处的碱基设计为CG/TG,这样的引物可以对甲基化或者非甲基化的待测DNA均进行扩增。
优选地,所述步骤2)中设计的CG探针和TG探针长度相同,且二者只在CpG位点处存在差异,其中CG探针中所有的对应甲基化CpG位点处的碱基都设计为CG,而TG探针中所有的对应非甲基化CpG位点处的碱基都设计为TG。
优选地,所述步骤3)可以通过检测到的双探针的Cq值,计算待测DNA中特定位点的甲基化程度,并且所述甲基化程度分值(Methylationscore,MS)通过下式计算:
MS=100/[1+2(CqM-CqU)]
其中CqM和CqU分别为CG探针和TG探针检测的Cq值。
优选地,所述步骤2)中设计的TaqMan探针的荧光标记物位于探针的5’端;更优选地,所述荧光标记物选自FAM和HEX。
优选地,所述步骤2)中设计的TaqMan探针的3’端与荧光淬灭基团相连;优选地,所述淬灭基团选自BHQ1。
优选地,所述步骤3)中的实时定量PCR为TaqMan法。
优选地,所述待测DNA可以来源于任何生物样品;更优选地,所述待测DNA选自细胞、组织(包括石蜡包埋组织)、血液、血清、血浆、唾液、精液、尿液,粪便、及其他分泌物。
另一方面,本发明提供一种用于定量检测DNA特定位点甲基化程度的试剂盒,所述试剂盒包括:1)针对待测DNA序列设计的PCR引物,用于扩增待测DNA;和2)针对1)中扩增得到的PCR产物中的CpG位点富集区设计的一对TaqMan探针,其中一条是针对CpG位点完全甲基化的DNA设计的CG探针,另外一条是针对CpG位点完全非甲基化的DNA设计的TG探针,它们可以特异地与与PCR产物结合并检测PCR产物。
优选地,所述试剂盒还包括重亚硫酸盐,用于对待测DNA预先进行化学处理。
优选地,所述试剂盒还包括实时定量PCR所需的DNA聚合酶、氯化镁、dNTP和缓冲液等。
优选地,所述试剂盒中包括的PCR引物为兼并引物,其中所包含的CpG位点处序列设计为CG/TG,能够同时扩增甲基化和非甲基化的待测DNA。
优选地,所述试剂盒中包括的CG探针和TG探针长度相同,且二者只在CpG位点存在差异,其中CG探针中所有对应甲基化CpG位点处的碱基都设计为CG,而TG探针中所有对应非甲基化CpG位点处的碱基都设计成TG。优选地,所述试剂盒中包括的TaqMan探针的荧光标记物位于探针的5’端;更优选地,所述荧光标记物选自FAM和HEX。
优选地,所述试剂盒中包括的TaqMan探针的3’端与荧光淬灭基团相连;优选地,所述淬灭基团选自BHQ1。
优选地,所述待测DNA可以来源于任何生物样品;更优选地,所述待测DNA选自细胞、组织(包括石蜡包埋组织)、血液、血清、血浆、唾液、精液、尿液,粪便、及其他分泌物。
综上所述,本发明提供一种利用特异的不含甲基化位点的引物扩增待测的甲基化DNA,同时利用双探针和PCR(多聚酶链反应)产物相结合并通过实时定量PCR对DNA特定位点的甲基化进行定量分析的方法及其相应的试剂盒。具体地,所述方法包括以下步骤:1)针对待测DNA设计引物,该引物可同时扩增预先用重亚硫酸盐处理过的甲基化和非甲基化DNA片段;2)设计一对CG和TG荧光标记探针,这对探针可以分别和甲基化或非甲基化的PCR产物结合,检测PCR所有产物;以及3)通过实时定量PCR检测重亚硫酸盐处理过的DNA片段的甲基化程度。基于所述方法而制备的试剂盒包括以下成分:1)针对待测序列设计的特异PCR引物;2)针对甲基化和非甲基化的PCR产物设计的CG和TG的双探针;以及3)用于对待测DNA预先进行化学处理的重亚硫酸盐。
由此可见,本发明提供了一种简便的实时定量PCR方法,用于检测DNA特定位点的甲基化状态,尤其是在CpG岛中检测特定位点的甲基化程度。具体地,本发明的方法利用针对已知的DNA序列设计PCR引物将待检测的序列扩增出来;同时利用一对TaqMan探针与甲基化或非甲基化的PCR(多聚酶链反应)产物相结合,并通过实时定量PCR对待测样本DNA的甲基化程度进行分析,具体方法原理图见图1。采用本发明的方法检测的结果只和特定甲基化位点相关,而与其他位点无关,并且其他位点的甲基化状态并不影响检测结果。重要的是,本发明能对非均一样本进行甲基化程度的判定。在这种情况下,采用本发明的方法和试剂盒对特定甲基化位点进行检测,就能够有效地排除待测样本中正常样本的干扰,确保检测结果的准确性。
附图说明
以下,结合附图来详细说明本发明的实施方案,其中:
图1为本发明提供的利用双探针与特异引物的实时定量PCR法检测CpG岛内特定位点甲基化方法的原理图,其中A显示,以待检测序列的CpG位点富集区为检测位点,其中可能是甲基化或非甲基化的C;B显示,化学处理后的特异位点序列;C显示,针对CpG位点富集区的一对探针中,CG探针有与甲基化C序列相同的C,TG有和非甲基化C转化为T后序列相同的T。
图2为实施例1中针对特异甲基化位点设计的引物的PCR结果。
图3为实施例1中进行实时定量PCR反应的结果图。其中A为采用CG探针检测结肠癌样本的结果;B为采用TG探针检测结肠癌样本的结果;C为采用CG探针检测正常结肠样本的结果;D为采用TG探针检测正常结肠样本的结果。
具体实施方式
以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解,这些实施例仅用于说明本发明,其不以任何方式限制本发明的范围。
实施例1
Vimentin基因MSP29位点的甲基化和结肠癌有明显的相关性。本实施例采用本发明提供的方法,检测该基因的甲基化程度,具体详述如下。
1)DNA重亚硫酸盐处理
提取200ug正常结肠或结肠癌样本的DNA。
采用重亚硫酸盐处理和转化(采用甲基化DNA转化试剂盒K5082100,BioChain Institute Inc.Hayward,CA94545USA)提取的DNA样品,结肠癌样本标示为样品1,正常结肠样本标示为样品2。
将所有的未甲基化的C完全转化为T,转化后的DNA保存于-20℃。
2)设计针对特异甲基化位点的引物
设计能够同时扩增甲基化和非甲基化模板待检测特定甲基化位点片段的上下游引物(由上海博尚生物技术有限公司合成),序列如下:
正向引物:5’-GGCGGGGTTTAGTTTTTTGT -3’
反向引物:5’-ACACGAACCTAATAAACATAACTAC-3’
使用该引物对重亚硫酸盐处理过的DNA片段进行PCR。
PCR反应体系:氯化镁3mM,dNTP各0.2mM,上下游引物各0.25uM,DNA聚合酶1.5U,模板DNA 50ng。
PCR反应条件:95℃10分钟;(95℃30秒,56℃30秒,72℃30秒)×40次循环;72℃5分钟。
无论在MSP29位点是否发生甲基化,DNA片段经引物扩增均能产生178bp的PCR产物,电泳检测结果见图2,其中1为正常结肠样本DNA,2为结肠癌样本DNA。
3)设计CG探针和TG探针
在2)中的两个引物之间设计探针,用于实时定量PCR分析。以CpG位点完全甲基化或完全非甲基化为模板设计一对探针,CG探针在CpG位点的碱基设计为CG,用于检测甲基化产物,TG探针在CpG位点的碱基设计为TG,用于检测非甲基化产物。两种探针分别用FAM和HEX荧光标记。探针序列(由上海博尚生物技术有限公司合成)如下:
CG探针:5’-FAM-TCGTTTCGAGGTTTTCGCGTTAG-BHQ1-3’
TG探针:5’-HEX-TTGTTTTGAGGTTTTTGTGTTAGAGATG-BHQ1-3’
4)实时定量PCR
PCR反应是用等摩尔的引物和探针同时包括dNTP和DNA聚合酶。
PCR反应体系:氯化镁3mM,dNTP各0.2mM,上下游引物各0.25uM,探针0.25uM,DNA聚合酶1.5U。
PCR反应条件:95℃10分钟;(95℃30秒,56℃30秒,72℃30秒)×40次循环
结果见图3。其中A所示为采用CG探针(特异性检测甲基化的模板)检测结肠癌样本的结果,B所示为采用TG探针(特异性检测非甲基化的模板)检测结肠癌样本的结果,由于结肠癌样本中DNA甲基化程度较高,因此CG探针测定Cq值较低而TG探针测定Cq值较高。C所示为采用CG探针(特异性检测甲基化的模板)检测正常结肠样本的结果,D所示为采用TG探针(特异性检测非甲基化的模板)检测正常样本的结果,正常结肠样本DNA甲基化程度很低,因此CG探针测定Cq值较高而TG探针测定Cq值较低。按照前述的甲基化程度分值(MS)公式计算,结肠癌组织中MS=88.89,正常结肠组织中MS=1.11。可见,两种探针测定的Cq值比较明显地反映出样本甲基化程度的不同。
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Claims (10)
1.一种定量检测DNA特定位点甲基化程度的方法,其特征在于,所述方法包括:
1)针对待测DNA序列设计PCR引物,用于扩增待测DNA;
2)针对1)中扩增得到的PCR产物中的CpG位点富集区设计一对TaqMan探针,其中一条是针对CpG位点完全甲基化的DNA设计的CG探针,另外一条是针对CpG位点完全非甲基化的DNA设计的TG探针,用于特异地与PCR产物结合并检测PCR产物;和
3)采用1)设计的引物和2)设计的探针进行实时定量PCR,检测待测DNA的甲基化程度。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述待测DNA先经过化学处理;优选地,所述化学处理为重亚硫酸盐处理。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述步骤1)设计的PCR引物为兼并引物,其中对应CpG位点处的碱基设计为CG/TG;优选地,所述步骤2)中设计的CG探针和TG探针长度相同,且二者只在CpG位点存在差异,其中CG探针中所有的对应甲基化CpG位点处的碱基都设计为CG,而TG探针中所有的对应非甲基化CpG位点处的碱基都设计为TG。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法,其特征在于,所述步骤3)可以通过检测到的双探针的Cq值,计算待测DNA中特定位点的甲基化程度,并且所述甲基化程度分值(MS)通过下式计算:
MS=100/[1+2(CqM-CqU)]
其中CqM和CqU分别为CG探针和TG探针检测的Cq值。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其特征在于,所述步骤2)中设计的TaqMan探针的荧光标记物位于探针的5’端,所述荧光标记物优选选自FAM和HEX;优选地,所述步骤2)中设计的TaqMan探针的3’端与荧光淬灭基团相连,所述淬灭基团优选选自BHQ1。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法,其特征在于,所述步骤3)中的实时定量PCR为TaqMan法。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法,其特征在于,所述待测DNA可以来源于任何生物样品;优选地,所述待测DNA选自细胞、组织(包括蜡块组织)、血液、血清、血浆、唾液、精液、尿液,粪便及其他分泌物。
8.一种用于定量检测DNA特定甲基化程度位点的试剂盒,其特征在于,所述试剂盒包括:1)针对待测DNA序列设计的PCR引物,用于扩增待测DNA;和2)针对1)中扩增得到的PCR产物中的CpG位点富集区设计的一对TaqMan探针,其中一条是针对CpG位点完全甲基化的DNA设计的CG探针,另外一条是针对CpG位点完全非甲基化的DNA设计的TG探针,用于特异地与PCR产物结合并检测PCR产物;优选地,所述试剂盒还包括重亚硫酸盐,用于对待测DNA预先进行化学处理。
9.根据权利要求8所述的试剂盒,其特征在于,所述试剂盒中包括的PCR引物为兼并引物,其中对应CpG位点处的碱基设计为CG/TG。
10.根据权利要求8或9所述的试剂盒,其特征在于,所述试剂盒中包括的TaqMan探针中,CG探针和TG探针长度相同,且二者只在CpG位点存在差异,其中CG探针中所有的对应甲基化CpG位点处的碱基都设计为CG,而TG探针中所有的对应非甲基化CpG位点处的碱基都设计为TG;优选地,所述TaqMan探针的荧光标记物位于探针的5’端,所述荧光标记物优选选自FAM和HEX;和/或优选地,所述TaqMan探针的3’端与荧光淬灭基团相连,所述淬灭基团优选选自BHQ1。
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