CN102796814A - 焦磷酸测序法检测抗叶酸类制剂个体化用药基因多态性的试剂盒及方法 - Google Patents

焦磷酸测序法检测抗叶酸类制剂个体化用药基因多态性的试剂盒及方法 Download PDF

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CN102796814A CN2012102304572A CN201210230457A CN102796814A CN 102796814 A CN102796814 A CN 102796814A CN 2012102304572 A CN2012102304572 A CN 2012102304572A CN 201210230457 A CN201210230457 A CN 201210230457A CN 102796814 A CN102796814 A CN 102796814A
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Abstract

本发明公开了一种焦磷酸测序法检测抗叶酸类制剂个体化用药基因多态性的试剂盒及方法。具体是指DPYD(rs3918290)和MTHFR(rs1801133)单核苷酸多态性。试剂盒包含如SEQIDNO.3—8所示的引物。本发明的试剂盒,可以实现准确、快捷、高通量DPYD(rs3918290)和MTHFR(rs1801133)的检测,从而达到对抗叶酸类制剂用药实现安全合理有效的个体化给药。

Description

焦磷酸测序法检测抗叶酸类制剂个体化用药基因多态性的试剂盒及方法
技术领域
本发明属于分子生物学领域,具体涉及焦磷酸测序法检测抗叶酸类制剂个体化用药基因多态性的试剂盒及方法。
背景技术
5-氟尿嘧啶(5-FU)目前仍然是使用最广泛的抗叶酸类抗肿瘤药物,用于多种实体肿瘤,如结直肠癌、乳腺癌等的药物治疗。5-FU可使部分患者得到显效治疗,但常伴随者严重的胃肠道毒副作用和血液毒性反应,甚至导致治疗失败。5-FU在体内大部分经过二氢嘧啶脱氢酶(DPD)代谢失活,少部分是经过胸苷磷酸化酶(TP)代谢成其活性代谢产物2’-脱氧-5-氟尿嘧啶磷酸盐(2’-dFUMP)。除5-FU外,氟化嘧啶类药物如卡培他滨、替加氟、卡莫氟、氟尿苷、脱氧氟尿苷等,是5-FU的前药,需在体内转化成5-FU起抗肿瘤作用。
二氢嘧啶脱氢酶是5-FU催化代谢限速酶,85%的5-FU经其代谢成非活性代谢产物。因此,遗传导致的酶活性不足,可导致代谢改变和严重药物毒性反应。二氢嘧啶脱氢酶编码的基因是DPYD,为人1p22染色体上,长950bp,有23个外显子。至今已发现超过30种SNPs和缺失突变,大多数对DPD酶功能无影响,少部分使酶活性降低,甚至导致酶功能缺失。最常见的可导致严重毒性反应的突变是14外显子1986位A→G改变(DPYD*2A等位基因,rs3918290),其编码的产物为无活性的酶。酶活性严重降低,导致5-氟尿嘧啶在体内蓄积,引起严重粘膜炎、粒细胞减少症、神经系统症状甚至死亡。大量研究表明,DPD酶活性降低的患者中有40%携带DPYD*2A基因突变,其中有60%的患者5-FU治疗后发生4级严重的粒细胞减少血液毒性。DPD酶活性正常患者经5-FU治疗后只有10%发生严重毒副反应。因此,DPD基因分型可能是一种预测5-FU治疗导致致命毒性反应发生概率的有效遗传分析手段,为临床医生制定药物治疗方案提供参考。 
亚甲基四氢叶酸还原酶(MTHFR)是叶酸代谢过程中的关键酶,它将5,10-MTHF转变成5-甲基四氢叶酸(5-MTHF)。叶酸抑制剂(5-氟尿嘧啶、培美曲塞、卡培他滨、替加氟等)的抗癌活性与肿瘤细胞内5,10-亚甲基四氢叶酸浓度呈正相关。因此,MTHFR的活性将直接影响体内5,10-MTHF的浓度,从而影响叶酸抑制剂的抗癌作用。MTHFR基因位于l号染色体,具有多态性,最常见的突变是位于4号外显子的rs1801133。rs1801133发生频率较高,普通人群AA突变纯合子发生率为25%。具有AA型突变等位基因的患者,MTHFR酶活性的下降使得细胞内亚甲基四氢叶酸积聚,增强了5-FU活性代谢产物5-FdUMP对胸苷酸合成酶的抑制作用,导致了严重的骨髓抑制不良反应。有研究表明,5-FU治疗后,AA型患者77%产生了3-4级毒性反应,GA和GG型患者出现这种毒性反应的只有6%和8%,突变纯合子产生毒性反应的概率是其它基因型的9到12倍。因此,MTHFR是也是预测5-FU疗效的因子。
综上所述,DPYD和MTHFR基因多态性是影响抗叶酸类制剂需求剂量差异性的主要因素,开发快速、高效、准确、便捷、经济的检测DPYD和MTHFR基因多态性的试剂盒将为抗叶酸类制剂的临床个体化治疗起到积极的推动作用。
焦磷酸测序(Pyro sequencing)技术是新一代DNA序列分析技术,该技术无须进行电泳,DNA片段也无须荧光标记,是一种通用型技术平台。该技术具有操作简便、检测成本低、所需样品量小、快捷、准确、高通量等特点,符合临床大样本检测要求。
发明内容
DPYD (rs3918290)和MTHFR (rs1801133)基因多态性是影响抗叶酸类制剂剂量个体差异的最主要因素。本发明提供一种检测影响临床抗叶酸类制剂个体化用药治疗的用药基因DPYD(SEQ ID NO.1)和MTHFR(SEQ ID NO.2)多态性的试剂盒及方法,以实现快速、简便、准确、高效、实用、经济的检测抗叶酸类制剂个体化用药相关基因SNP。
    为了达到上述目的,本发明提供的技术方案为:
所述焦磷酸测序法检测抗叶酸类制剂个体化用药基因多态性的试剂盒,包括如下引物:
(1)    扩增引物:
    DPYD (rs3918290)上游引物:5’- GGT GTC AAA GTG TCA CTG AAC TA -3’(SEQ ID NO.3);
    MTHFR (rs1801133) 上游引物:5’- AAG GCC ACC CCG AAG CAG GGA GCT -3’(SEQ ID NO.4);
    DPYD (rs3918290)下游引物:5’- CTC TTG TTT TAG ATG TTA AAT CAC -3’(SEQ ID NO.5);
    MTHFR (rs1801133)下游引物:5’-GGG GAC GAT GGG GCA AGT -3’(SEQ ID NO.6);
    其中,DPYD下游引物的5’进行生物素标记,MTHFR上游引物5’标记生物素;
(2)测序引物:
DPYD (rs3918290)测序引物:5’- GCT GAC TTT CCA GAC AAC -3’(SEQ ID NO.7);
    MTHFR (rs1801133) 测序引物:5’- CGT GAT GAT GAA ATC G -3’(SEQ ID NO.8);
在实际应用中,可以对上述引物作适当改变,只要保证设计的引物与上述引物同源性达95%以上即可;试剂盒中其他试剂及溶液为PCR和DNA焦磷酸测序的常规试剂。
所述应用权利要求1所述的试剂盒检测抗叶酸类制剂用药基因多态性的方法,包括如下步骤:
(1)DNA提取;
(2)聚合酶链反应:
配制50μl PCR扩增体系,包含:10×PCR buffer 10.0μl, dNTP 2.0μl,上游引物 1.0μl, 下游引物1.0μl, rTaq1.0μl,水31.0μl,模板4.0μl;循环程序为:95℃ 5min预变性;依次在95oC 30S,52oC 30S,72oC 30S,进行38个循环; 72oC 保持5min,最终保持在4 ℃,得扩增产物;
(3)焦磷酸测序单链样本纯化;
(4)焦磷酸测序及结果分析。
本发明的试剂盒对DPYD (rs3918290)目标序列和MTHFR (rs1801133)目标序列进行分析和检测;其中,DPYD (rs3918290)目标序列包括:野生型AACGTAAGTGTG(SEQ ID NO.9)和突变型AACATAAGTGTG(SEQ ID NO.10),扩增出的片段长度为74bp;MTHFR (rs1801133)目标序列包括:野生型GCTCCCGC(SEQ ID NO.11)和突变型ACTCCCGC(SEQ ID NO.12),扩增出的片段长为167bp。
由于设计了特异性高的引物,并且选择了合适的方法,本发明的试剂盒适用于对抗叶酸类制剂个体化用药基因进行快速检测,可广泛应用于临床上抗叶酸类制剂个体化用药方案制定的基因检测。与现有技术相比,其应用焦磷酸测序技术可以快速、准确地进行短DNA序列分析,便于构建标准化操作流程;具有高通量、低成本等特点;PCR产物即可直接用于测序,不需进行产物纯化等二次处理,操作极为简便,所需样品量小。
附图说明
图1为本发明DPYD rs3918290野生型纯合子焦磷酸测序结果;
图2为本发明MTHFR rs1801133野生型纯合子焦磷酸测序结果;
图3为本发明MTHFR rs1801133突变型杂合子焦磷酸测序结果;
图4为本发明MTHFR rs1801133突变型纯合子焦磷酸测序结果。
具体实施方式
下面结合实施例对上述试剂盒及检测方法进行详细描述。
实施例1:
DPYD (rs3918290)上游引物:5’- GGT GTC AAA GTG TCA CTG AAC TA -3’(SEQ ID NO.3);
  MTHFR (rs1801133) 上游引物:5’- AAG GCC ACC CCG AAG CAG GGA GCT -3’(SEQ ID NO.4);
  DPYD (rs3918290)下游引物:5’- CTC TTG TTT TAG ATG TTA AAT CAC -3’(SEQ ID NO.5);
  MTHFR (rs1801133)下游引物:5’- GGG GAC GAT GGG GCA AGT -3’(SEQ ID NO.6);
DPYD (rs3918290)测序引物:5’- GCT GAC TTT CCA GAC AAC -3’(SEQ ID NO.7);
MTHFR (rs1801133)测序引物:5’- CGT GAT GAT GAA ATC G -3’(SEQ ID NO.8);
1. DNA提取
1.1实验前试剂材料准备与检查工作如下:
(1) 检查试剂盒保质期以及确保Wash Buffer 1和2中已添加乙醇,并在瓶上相应标识处打勾√; (2)异丙醇(如无,可用无水乙醇替代)和75% 乙醇;(3)高压灭菌有效期内的1.5mL Eppendorf管和各类移液枪头。
1.2从4℃冰箱中取出装有全血的EDTA抗凝管,上下颠倒数次混匀;
1.3在1.5mL Eppendorf管对应标本唯一性标识做好标记;
1.4分别移取900uL Cell Lysis Solution加至灭菌的1.5mL Eppendorf管;
1.5小心移取300uL全血转移至上述加有Cell Lysis Solution的1.5mL EP管;
1.6盖上Eppendorf管盖,室温孵育10min;
1.713,000rpm室温离心20秒;
1.8取出Eppendorf管,观察白色沉淀;
1.9开Eppendorf管盖,手持管底部,倾斜EP管口弃去部分红色上清,尽量将红色上清吸尽;
1.10盖上Eppendorf管,用手指弹击EP管底部,使白色沉淀重悬;
1.11移取300uL Nuclei Lysis Solution入上述Eppendorf管中,盖上管,上下颠倒数次混匀;
1.12打开Eppendorf管,移取100uL Protein Precipitation Solution入上述Eppendorf管中,盖上管管,振荡器上剧烈振荡20秒;13,000rpm室温离心3min;
1.13 移取上清转移到新的已灭菌1.5mL Eppendorf管;
1.14 移取300uL异丙醇入EP管,盖上管盖,上下颠倒数次混匀,可见白色絮状gDNA析出;
1.15 13,000rpm室温离心1min;
1.16 打开Eppendorf管,手捏管底部,倾斜管口弃去上清;
1.17 移取300uL 75%乙醇加入Eppendorf管,盖上管盖,轻柔上下颠倒洗涤沉淀;
1.18 13,000rpm室温离心1min;
1.19 打开Eppendorf管,手持管底部,倾斜管口弃去上清;
1.20 在实验台上放置新滤纸,倒扣Eppendorf管,吸干液体,将Eppendorf管开盖侧放风干;
1.21 目测沉淀大小,加入50~100ul  DNA Rehydration Solution至沉淀;
1.22 过夜溶解后用Nano-Space紫外分光光度计进行核酸浓度测定,核酸浓度大于50ng/ul视为合格,如浓度不够,加入乙醇再次沉淀DNA,然后重新加适量的DNA Rehydration Solution溶解DNA。
1.23 在管壁和管盖上再次标清样本唯一性编号,并用透明胶带缠绕保护;
1.24 保存核酸标本至4℃冰箱;
2.聚合酶链反应
2.1在试剂准备区配制50μl PCR扩增体系(模板添加除外),各组分及添加量如下表:
Figure 2012102304572100002DEST_PATH_IMAGE001
注:上游引物和下游引物各有两种,这里的1.0μl是指每种上游引物各加0.5μl,以及每种下游引物各加0.5μl。
2.2 在标本制备区对盛有gDNA模板短暂离心后添加4.0μl至扩增体系中,在PCR管壁上标记标本唯一性标识,管盖上标记检测项目代号。PCR管震荡混匀,桌面离心机上短暂离心;
2.3 在扩增区进行PCR扩增反应,按照下面的循环参数设置扩增仪:
Figure 2012102304572100002DEST_PATH_IMAGE002
2.4 设置程序后在随后的下拉菜单中选择“tube”;
2.5 点击“start”开始仪器运行。
3.焦磷酸测序单链样本纯化
3.1 纯化前试剂和仪器准备:
进行样本纯化前,确保所有溶液都达到室温;打开精密控温加热炉,使温度达到80℃。
3.2单链样本纯化操作:
3.2.1在PSQ 96板中先加40 μlAnnealing Buffer和2~3μl测序引物(10uM);
3.2.2在振荡器上充分混匀Sepharose Beads;
3.2.3将所需Sepharose Beads量(每样本3μl计算)转移到1.5mL Eppendorf管;
3.2.4在Sepharose Beads中加入Binding Buffer,使得平均每个样品约有和PCR体系一样的体积,在振荡器上将混合物充分混匀;
3.2.5将Sepharose Beads混合物加至约40μl PCR产物中,每样本加40μl;
3.2.6常温下、在振荡器上将PCR板混匀10分钟;
3.2.7在Vacuum prep workstation中,四个液体槽中依次加入180ml纯水、120ml 70%乙醇、Denaturation Buffer和Washing Buffer;
3.2.8倒掉与真空泵相连的废液收集桶中的废液;
3.2.9打开Vacuum Prep Workstation的真空泵和阀门,将Vacuum Prep Tool在纯水中清洗30秒;
3.2.10将Vacuum prep Tool移到PCR板孔中,抓取结合了生物素标记核酸的Sepharose Beads;
3.2.11拿起PCR板,检查Beads是否都被吸附在了Vacuum Prep Tool上;
3.2.12将Vacuum Prep Tool放入70%乙醇中5秒;
3.2.13将Vacuum Prep Tool移到Denatureation Buffer中5秒;
3.2.14再将Vacuum Prep Tool移到Washing Buffer中清洗10秒;
3.2.15把Tool悬放在Pyro反应板;
3.2.16 Vacuum Prep Tool放入含有测序引物的反应板中,旋转摇动,以释放Sepharose Beads;
3.2.17放有纯化样本的PSQ 96板放在Thermo Plate上,置于80℃加热炉中加热2min,取出后自然冷却到室温,进行下游Pyrosequencing反应。
3.3纯化完毕后清洗:
3.3.1不开真空泵和阀门,使用少量纯水清洗Vacuum Prep Tool,使少量未脱落的Beads洗脱下来;
3.3.2更换纯水后再打开真空泵和阀门,用约300mL纯水清洗Tool;
3.3.3关掉真空泵和阀门,将Vacuum Prep Tool侧放,室温晾干;
3.3.4清洗所有盛装试剂溶液的塑料槽,自然晾干;
3.3.5用湿布擦拭纯化设备表面。
4. 焦磷酸测序
4.1调入前述设定的运行程序文件,点击“View”的下拉键,选择“Run”,按照软件自动计算本次实验的各试剂使用量,添加各试剂成分至试剂仓;
4.2把准备好的样本和试剂舱放入仪器相应的位置,点击屏幕右下端的“Run”开始焦磷酸测序;
4.3检测完成后,首先点击软件进程状态窗口的“close”键以保存测序结果。
5. 焦磷酸测序结果分析
在“SNP Runs”文件夹中双击鼠标,打开上述运行文件,选择“SNP mode”,点击“Analyze All”键,对所有检测标本进行基因型分析;选择“AQ mode”,点击“Analyze All”键,对所有检测标本进行等位基因频率分析。对样本检测DPYD 和MTHFR基因多态性,焦磷酸检测结果如图1~4。可以看出,采用本发明的试剂盒及方法,能够简捷、直观、准确的对DPYD 和MTHFR基因多态性进行检测和判读。图1提示DPYD为野生型纯合子;图2~4提示MTHFR为野生型纯合子、突变型杂合子、突变型纯合子。临床医生可根据DPYD 和MTHFR基因多态性,判断出不同基因型患者使用抗叶酸类制剂治疗时的疗效和毒副反应。
综上,本发明所选取的靶序列,以及应用本发明的试剂盒能够实现快速、简便、准确、高效、实用、经济的检测DPYD 和MTHFR基因多态性,能够满足临床检验实际工作的要求,利于抗叶酸类制剂的个体化使用。
                                                 SEQUENCE LISTING
 
<110>  周宏灏
<120>  焦磷酸测序法检测抗叶酸类制剂个体化用药基因多态性的试剂盒及方法
<160>  12   
<170>  PatentIn version 3.3
<210>  1
<211>  501
<212>  DNA
<213>  智人
<400>  1
tattgtcata tggaaatgag cagataataa agattatagc ttttctttgt caaaaggaga     60
ctcaatatct ttactctttc atcaggacat tgtgacaaat gtttccccca gaatcatccg    120
gggaaccacc tctggcccca tgtatggccc tggacaaagc tcctttctga atattgagct    180
catcagtgag aaaacggctg catattggtg tcaaagtgtc actgaactaa aggctgactt    240
tccagacaac rtaagtgtga tttaacatct aaaacaagag aattggcata agttggtgaa    300
tgtttattta aacatccaat tcataggctt ataaatatta atgtgtatat tttattaaag    360
aatctgccag ttgctttgct gatgcataga aagataaaaa agaaagaaaa gctcaagaac    420
tcataaaaac ccacacaatg tgaagctttg ttataaatgg gtgccatgta agatggaaga    480
agtatctaca taagcagaag g                                              501
 
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<212>  DNA
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tcttttctat ggccaccaag tgcaggcctg atttgcttgg ctgctcaagg caggacagtg     60
tgggagtttg gagcaatcca cccccactct tggaactggg ctctgagcca cctcccctga    120
gagtcatctc tggggtcaga agcatatcag tcatgagccc agccactcac tgttttagtt    180
caggctgtgc tgtgctgttg gaaggtgcaa gatcagagcc cccaaagcag aggactctct    240
ctgcccagtc cctgtggtct cttcatccct cgccttgaac aggtggaggc cagcctctcc    300
tgactgtcat ccctattggc aggttacccc aaaggccacc ccgaagcagg gagctttgag    360
gctgacctga agcacttgaa ggagaaggtg tctgcgggag ycgatttcat catcacgcag    420
cttttctttg aggctgacac attcttccgc tttgtgaagg catgcaccga catgggcatc    480
acttgcccca tcgtccccgg gatctttccc atccaggtga ggggcccagg agagcccata    540
agctccctcc accccactct caccgcaccg tcctcgcaca ggctgggggc tctgggtgga    600
gtgctgagtt cgctgagttc ttcccagatc tcctctcagg tccagaactt gcacagcgtt    660
gcttggccac cccattttgg ttacctctaa ttttcccccc aaaacccagc aacagtgtct    720
gttgaggggt ttgttgtact ttggccaaca agcatcacca aaagggattc taattctcat    780
tacaaatcct gcttaaatca g                                              801
 
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<212>  DNA
<213>  智人
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ctcttgtttt agatgttaaa tcac                                            24
 
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<212>  DNA
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<400>  9
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<212>  DNA
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actcccgc                                                               8
 
 

Claims (2)

1.一种焦磷酸测序法检测抗叶酸类制剂个体化用药基因多态性的试剂盒,其特征在于,包括如下引物:
(1)扩增引物:
     上游引物:5’-GGT GTC AAA GTG TCA CTG AAC TA-3’;
          5’- AAG GCC ACC CCG AAG CAG GGA GCT -3’,该引物5’标记生物素;
  下游引物:5’-CTC TTG TTT TAG ATG TTA AAT CAC-3’,该引物5’标记生物素;
               5’- GGG GAC GAT GGG GCA AGT -3’;
(2)测序引物:5’- GCT GAC TTT CCA GAC AAC -3’;
               5’- CGT GAT GAT GAA ATC G -3’。
2.一种应用权利要求1所述的试剂盒检测抗叶酸类制剂个体化用药基因多态性的方法,包括如下步骤:
(1)DNA提取;
(2)聚合酶链反应:
配制50μl PCR扩增体系,包含:10×PCR buffer 10.0μl, dNTP 2.0μl,上游引物 1.0μl, 下游引物1.0μl, rTaq1.0μl,水31.0μl,模板4.0μl;循环程序为:95℃5min预变性;依次在95oC 30S,52oC 30S,72oC 30S,进行38个循环; 72oC 保持5min,最终保持在4℃,得扩增产物;
(3)焦磷酸测序单链样本纯化;
(4)焦磷酸测序及结果分析。
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