CN107674914A - 一步单管法定量rt‑pcr检测慢性髓系白血病bcr‑abl1基因的表达量 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物工程领域的检测方法,具体利用实时荧光定量RT‑PCR技术对慢性髓系白血病中的目的基因BCR‑ABL1mRNA和内参基因ABL1mRNA拷贝数进行快速、准确、定量检测。本发明包括如下步骤:BCR‑ABL1特异性的引物和探针的设计;标准品的设计与制备;样本RNA的提取;实时定量PCR检测方法的建立;利用该方法可以简化传统的检测方法,一步单管法快实时荧光定量RT‑PCR速检测慢性髓系白血病骨髓或外周血标本中的目的基因BCR‑ABL1mRNA和内参基因ABL1mRNA拷贝数,从而用校正比值(NQ)表示,即NQ=BCR‑ABL1拷贝数mRNA/ABL1mRNA拷贝数×100%,进而对慢性髓系白血病临床诊断、疗效检测及预后判定具有重要的指导作用。
Description
技术领域
本发明是一种涉及生物工程领域的检测方法,特别是用于单一体系同时定量检测临床标本中目的基因BCR-ABL1 mRNA和内参基因ABL1 mRNA拷贝数的荧光定量RT-PCR检测方法。
背景技术
慢性髓系白血病(Chronic myeloid leukemia, CML)是一种发生于造血干细胞的血液系统恶性克隆增生性疾病。受累的细胞中可发现Ph染色体或BCA-ABL1融合基因。90%以上的CML患者血细胞中出现Ph染色体,核型为t(9;22)(q34;q11),即9号染色体长臂上C-ABL原癌基因易位至22号染色体长臂的断裂点集中区BCR,形成BCR-ABL1融合基因。人ABL1基因位于9号染色体长臂,BCR基因位于22号染色体长臂,ABL1基因断裂位于第1或第2外显子;BCR基因断裂点集中在三个区域:主要(major bcr, M-bcr)、次要(minor bcr, m-bcr)和μ(μ-bcr)区域。因断裂点不一,BCA-ABL1融合基因及其mRNA和蛋白产物呈多样性。CML的BCR基因断裂点常位于M-BCR,产生的转录本主要有e13a2、e13a3、e14a2、e14a3,编码蛋白分子量为210kb。P210具有增强酪氨酸激酶的活性,通过影响细胞内信号传导途径,从而促进细胞增殖、粘附以及抑制细胞凋亡。其临床和实验室检查主要表现为脾大,外周血象白细胞升高,骨髓检查粒细胞极度增生为主。目前对BCR-ABL1基因的检测方法有Southern Blot、RT-PCR、传统实时定量PCR。 Southern Blot、RT-PCR检测方法为定性的方法,且灵敏度低、漏诊率高,只能为临床的大体诊断提供一种方法,无法对疗效和预后做到定量检测实时监控。传统的实时定量PCR的方法,操作过程较为繁琐,对样本的要求较高,高RNA含量的样本尚可,低RNA含量的样本就无法做出灵敏检测;同时由于引物的限制,特殊类型的突变类型也无法检测;此外,现有的荧光定量RT-CR要么为一步法分2管检测(分别检查BCR-ABL1 基因和内参ABL1基因),要么先进行RT反应,再进行单管或2管PCR检测,检测结果受不同反应体系和步骤繁多等因素干扰,造成系统误差,难能及时为临床诊断以及实时监控提供精确、可信、有效的表达水平的数据。现在我们发明的一步单管法快速实时定量PCR的方法,较传统的实时定量PCR方法不仅敏感性高,而且可以减少实验误差,快速同时检测出两种基因的表达。此外,本发明检测方法不仅省时、省力、节约成本、减轻病人负担,同时对一般突变和特殊突变类型的BCR-ABL1融合基因均有良好的灵敏性。这对于临床的诊断、治疗以及预后具有重要的指导意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的缺陷,提供一种快速,准确的实时定量PCR方法,一步单管法同时检测CML白血病细胞中目的基因BCR-ABL1 mRNA和内参基因ABL1mRNA拷贝数。该方法的检测灵敏度可达1000数量级,较传统的RT-PCR方法具有更高的灵敏度;
单管同时检测靶基因和内参基因,减少不同PCR反应管间的实验误差,也符合和反应机体基因的真实表达水平。本发明操作简便、省时、节约成本。此外,由于引物及探针设计合成的原因,本发明不仅可以检测到一般的突变类型,而且可以检测出特殊的突变类型,同时可进行大批量的样本分析,从而为CML白血病细胞中目的基因BCR-ABL1 mRNA和内参基因ABL1mRNA拷贝数的检测和监控提供了更宽泛、精确、可信和有效方法。
本发明通过对BCR-ABL1融合基因的全序列的分析,选取e13a2、e13a3、e14a2、e14a3片段,设计并合成两对PCR引物和相应两条MGB探针,分别检测目的基因BCR-ABL1和内参基因ABL1。BCR-ABL1引物和MGB 1号探针分别位于BCR-ABL1序列的上下游区域;ABL1引物和MGB 2号探针分别位于ABL1序列的上下游区域。
检测BCR-ABL1引物和探针序列分别为:
上游引物:BF: TCCGCTGACCATCAATAAGGA.
下游引物:BR: CACTCAGACCCTGAGGCTCAA.
MGB 1号探针BP-MGB:5,-FAM-CCCTTCAGCGGCCAGT-MGBNFQ-3,.
检测ABL1引物和探针序列分别为:
上游引物:AF: TGGAGATAACACTCTAAGCATAACTAAAGGT.
下游引物:AR: GATGTAGTTGCTTGGGACCCA.
MGB 2号探针AP-MGB: 5,-HEX-CATTTTTGGTTTGGGCTTC-MGBNFQ-3,.
本发明包括以下步骤:
1、通过生物信息学分析,选择BCR-ABL1融合基因转录本(e13a2、e13a3、e14a2、e14a3)为靶目标,其基因片段的扩增目标核苷酸序列为:
e13a2:TCCGCTGACCATCAATAAGGAAGAAGCCCTTCAGCGGCCAGTAGCATCTGACTTTGAGCCTCAGGGTCTGAGTG
e13a3:TCCGCTGACCATCAACAAGGAAGGTGAAAAGCTCCGGGTCTTAGGCTATAATCACAATGGGGAATGGTGTGAAGCCCAAACCAAAAATGGCCAAGGCTGGGTCCCAAGCAACTACATC
e14a2:TCCGCTGACCATCAATAAGGAAGATGATGAGTCTCCGGGGCTCTATGGGTTTCTGAATGTCATCGTCCACTCAGCCACTGGATTTAAGCAGAGTTCAAAAGCCCTTCAGCGGCCAGTAGCATCTGACTTTGAGCCTCAGGGTCTGAGTG
e14a3:TCCGCTGACCATCAATAAGGAAGATGATGAGTCTCCGGGGCTCTATGGGTTTCTGAATGTCATCGTCCACTCAGCCACTGGATTTAAGCAGAGTTCAAGTGAAAAGCTCCGGGTCTTAGGCTATAATCACAATGGGGAATGGTGTGAAGCCCAAACCAAAAATGGCCAAGGCTGGGTCCCAAGCAACTACATC
2.设计和合成两对PCR引物和两条MGB探针,1号探针5'端的荧光报告基因是FAM,2号探针5'端的荧光报告基因是HEX。检测目的基因BCR-ABL1和内参基因ABL1引物和探针序列分别为:
上游引物:BF: TCCGCtGACCATCAACAAGGA .
下游引物:BR: CACtCAGACCCtGAGGCtCAA.
MGB 1号探针BP-MGB:5,-FAM-CCCtTCAGCGGCCAGT-MGBNFQ-3,.
检测ABL1引物和探针序列分别为:
上游引物:AF: TGGAGATAACACtCtAAGCATAACtAAAGGT.
下游引物:AR: GATGTAGTTGCtTGGGACCCA.
MGB 2号探针AP-MGB: 5,-HEX-CATTTTTGGTTTGGGCtTC-MGBNFQ-3,.
3.构建和制备质粒PUC57-e14a2定量标准品
根据BCR-ABL1序列,设计和合成含上述BCR-ABL1目的基因及ABL1内参基因的基因片段e14a2,将基因片段克隆到质粒载体PUC57,构建标准品质粒PUC57-e14a2(图1),经酶切(图2)及测序鉴定(图3)(上海生工公司),成功构建质粒标准品。同时,根据此构建成功的重组质粒的浓度和克隆序列长度,计算作为检测慢性髓系白血病细胞中BCR-ABL1和ABL1基因的拷贝数,并以此作为本申请专利的定量标准品。
4.慢性髓系白血病患者骨髓或外周血样本有核细胞细胞总RNA的提取。
5.特异性定量检测方法的建立
经过大量的对比实验和验证实验,并经过临床样品的检测应用进行评估,对建立的方法进行灵敏度、特异性以及对临床标本的有效性进行综合评价。
(1)灵敏度:用灭菌双蒸水分别将质粒PUC57-e14a2定量标准品稀释至5×107、5×106、5×105、5×104、5×103copies/ul,采用优化后的体系进行检测,验证所建立方法的灵敏度。本检测方法在107-103数量级范围内具有良好的线性关系,相关系数0.997,其检测范围可达5个数量级,其灵敏度可到1000个基因拷贝数以下。
(2)稳定性:我们从批间重复和批内重复两个方面进行评价。批内重复性选取同一份标本,设8个平行反应管同时进行RT-PCR反应,检验其Ct值的变异系数。批间重复性选取2个不同浓度的重组质粒标准品,一周内重复检测4次,检测其Ct值的变异系数。
(3)特异性:本研究选择了7个标本进行检测,使用Trizol处理CML及非CML阴性对照常规血液标本、提取总RNA,3份样本经传统实时定量PCR方法(某公司BCR-ABL1检测试剂盒)检测呈阳性,其余4份标本均为阴性结果。同时应用本发明之实时定量PCR方法进行定量检测。定量结果显示4份阳性标本,其余3份标本均为阴性结果。对于本发明之单管一步法实时定量PCR检测是阳性,而传统实时定量PCR方法(对照试剂)检测呈阴性的标本进行了进一步相关实验研究及分析,包括染色体、FISH以、定性RT-PCR及测序鉴定,相关实验结果证实该样本确实是阳性(突变类型为e14a3),从而得出本发明一步单管法实时定量RT-PCR不仅对于一般BCR-ABL1基因突变类型(e13a2、e14a2)有良好的特异性,对特殊突变类型(e13a3、e14a3)也具有良好的特异性。
本发明使用MGB探针对CML细胞中目的基因BCR-ABL1和内参基因ABL1拷贝数进行特异性定量检测,具有以下优点和效果:
1.与现有传统的定量方法相比,此实时荧光定量RT-PCR具有高灵敏度、高特异性等特点。靶序列由引物和探针双重控制,具有特异性好、假阳性及假阴性率低,不仅可以检测出BCR-ABL1一般突变类型(e13a2,e14a2),而且可以检测出特殊突变类型(e13a3,e14a3)等特点。
2.发明建立的基于MGB探针的荧光定量PCR方法具有灵敏度高,检测范围广的特点。在107-103拷贝范围内有极好的线性关系(相关系数R=0.997,检测范围可以达到5个数量级,达到国际先进水平。其检测灵敏度可到1000个拷贝以下,具有极高的灵敏度,可用于检测低RNA含量的实验标本。
3.操作简单,自动化程度高,该方法与传统的一管只能检测一个基因的方法相比,可同时对目的基因BCR-ABL1和内参基因ABL1于一个PCR管中使用不同的引物和探针同时进行多重基因实时定量荧光PCR并检测,大大的节约时间和成本,也降低了实验误差,相对提高实验检测的准确度。
附图说明
图1为质粒PUC57-e14a2结构示意图
图2为质粒PUC57-e14a2酶切鉴定及电泳图谱
图3为e14a2序列鉴定图
图4为一步单管法荧光定量RT-PCR敏感度检测的荧光信号图
图5为一步单管法荧光定量RT-PCR检测目的基因BCR-ABL1和内参基因ABL1绝对定量的标准曲线
具体实施方式
下面结合具体实例,进一步阐述本发明。
实例1:
BCR-ABL1定量PCR引物和探针设计及合成,包含两对特异性引物和两条特异性MGB荧光探针,在pubmed检索出BCR-ABL1融合基因的全序列,选取e13a2、e13a3、e14a2、e14a3片段,设计并合成两对PCR引物和两条MGB探针,以分别检测BCR-ABL1和ABL1,1号探针5'端的荧光报告基因是FAM,2号探针5'端的荧光报告基因是HEX,BCR-ABL1引物和MGB 1号探针分别位于BCR-ABL1序列的上下游区域;ABL1引物和MGB 2号探针分别位于ABL1序列的上下游区域
上游引物:BF: TCCGCTGACCATCAACAAGGA .
下游引物:BR: CACTCAGACCCTGAGGCTCAA.
MGB 1号探针BP-MGB:5,-FAM-CCCTTCAGCGGCCAGT-MGBNFQ-3,.
检测ABL引物和探针序列分别为:
上游引物:AF: TGGAGATAACACtCtAAGCATAACtAAAGGT.
下游引物:AR: GATGTAGTTGCtTGGGACCCA.
MGB 2号探针AP-MGB: 5,-HEX-CATTTTTGGTTTGGGCtTC-MGBNFQ-3,.
实例2:
定量标准品的构建与制备
实验步骤
1.定量标准品的构建
根据BCR-ABL1序列,设计和合成含上述BCR-ABL1目的基因及ABL1内参基因的基因片段e14a2,将基因片段克隆到质粒载体PUC57,构建标准品质粒PUC57-e14a2,经酶切及测序鉴定(上海生工公司),成功构建质粒标准品。同时,根据此构建成功的重组质粒的浓度和克隆序列长度,计算作为检测慢性髓系白血病细胞中BCR-ABL1和ABL1基因的拷贝数,并以此作为本申请专利的定量标准品。
实例3:
CML病人骨髓或外周血样本细胞总RNA的提取
(1)取CML病人样本骨髓或外周血标本0.5ml于去酶EP管中,12,000rpm离心5分钟;
(2)去除血浆,加Trizol 1ml充分振荡混匀至呈水滴样,室温放置5-10分钟;
(3)加氯仿0.2ml,剧烈振荡30秒,室温放置3分钟,12,000rpm ,4℃离心10分钟;
(4)取上层水相移至干净的去酶EP管中,加入1/2倍体积的无水乙醇,混匀;移液器将溶液和半透明纤维状悬浮物全部加至吸附柱中,静置2分钟,12,000rpm离心3分钟;
(5)去除废液,将吸附柱放回收集管中,加RPE Solution 0.5ml,静置2分钟,10,000rpm离心30秒,倒掉收集管中废液;
(6)重复以上步骤一次;
(7)将吸附柱放回收集管中,10,000rpm离心2分钟;
(8)将吸附柱放入干净的去酶1.5ml EP管中,在吸附膜中央加入30ul的DEPC处理的去离子双蒸水,静置5分钟,12,000rpm离心2分钟;得到细胞总RNA;
实例4:
实时定量RT-PCR方法的优化和建立
实验步骤
1.绝对定量标准曲线的建立
(1).定量PCR反应体系
反应试剂 | 体积(ul) |
Multiplex RT-PCR Buffer | 10 |
Multiplex Enzyme Mix | 2 |
Probe BP(20UM) | 0.1 |
Probe AP(20UM) | 0.2 |
primers(BF+BR)(10UM) | 0.6 |
primers (AF+AR)(10UM) | 0.3 |
RNA模板 | 1 |
Nuclease-free Water | 补水至20ul |
(2)绝对定量的扩增标准曲线建立
用灭菌双蒸水10倍梯度稀释质粒PUC57-e14a2定量标准品,稀释后质粒浓度分别为5×107、5×106、5×105、5×104、5×103copies/ul。反应条件为逆转录:48oC 10分钟,预变性95℃ 10分钟,95℃ 15秒,60℃ 45s共60个循环。检测结束后利用荧光定量PCR仪自带软件,根据噪声情况自动设定和调整基线和阂值,绘制标准曲线(图5)
本检测方法在107-103有良好的线性关系,相关系数R=0.997,其检测范围可达5个数量级,其灵敏度可到1000个拷贝数以下(图4-5)
Y1(Ct)=-3.361X1+41.781( X1:代表样品稀释度,Y1代表该样本BCR-ABL1 Ct值)
检测反应管中基因拷贝数的计算公式:Conc=10(Y-41.781)/-3.361
Y2(Ct)=-3.322X2+42.007( X2:代表样品稀释度,Y2代表该样本ABL1 Ct值)
检测反应管中基因拷贝数的计算公式:conc=10(Y-42.007)/-3.322
表达量校正比值(NQ)= BCR-ABL1 mRNA拷贝数/ABL1 mRNA拷贝数×100%
2.稳定性分析
从批间重复性和批内重复性两个方面进行评价建立的荧光定量RT-PCR反应体系的稳定性。
(1)批内重复性检验
选取同一份标本,按照实例2所述的方法提取总RNA。采用经优化的反应体系和反应条件设置8个平行反应管同时进行反应,利用统计学方法检验其Ct值的变异系数。批内重复性检测的BCR-ABL1Ct值变异系数(CV)为:0.22% ;ABL1Ct值变异系数(CV)为:0.24%。
(2)批间重复性检验
选取2个不同浓度的质粒标准品,采用实施4例所述的反应体系和条件,一周内重复检测4次,利用统计学方法检验其Ct值的变异系数。批间重复性BCR-ABL1 Ct值的变异系数分别为 1.46% 和1.04%;ABL1Ct值的变异系数分别为1.24%和1.04%。表明本发明建立的检测方法具有良好的稳定性和重复性。
3. 特异性分析
为检验建立的一步单管法实时定量RT-PCR方法的适用性,本研究选择了7个标本进行检测,按照实施例3的方法提取细胞总RNA,3份样本经传统实时定量PCR方法(某公司BCR-ABL检测试剂盒)检测呈阳性,其余4份标本均为阴性结果。同时应用本发明之实时定量PCR方法进行定量检测。定量结果显示4份阳性标本,其余3份标本均为阴性结果。对于本发明之单管一步法实时定量PCR检测是阳性,而传统实时定量PCR方法(对照试剂)检测呈阴性的标本进行了进一步相关实验研究及分析,包括染色体、FISH以、定性RT-PCR及测序鉴定,相关实验结果证实该样本确实是阳性(突变类型为e14a3),从而得出本发明一步单管法实时定量RT-PCR不仅对于一般BCR-ABL1基因突变类型(e13a2、e14a2)有良好的特异性,对特殊突变类型(e13a3、e14a3)也具有良好的特异性。
Claims (9)
1.一步单管法定量RT-PCR检测慢性髓系白血病BCR-ABL1基因的表达量,其特征步骤在于:
(1).根据BCR-ABL1融合基因序列,设计和合成荧光定量PCR引物和探针,包含两对特异性引物和两条特异性荧光探针,在pubmed检索出BCR-ABL1融合基因的全序列,选取e13a2、e13a3、e14a2、e14a3转录本碱基序列,设计和合成两对PCR引物和两条MGB探针,以分别检测BCR-ABL1目的基因和参照基因ABL1,1号探针5'端的荧光报告基因是FAM,2号探针5'端的荧光报告基因是HEX,BCR-ABL1引物和MGB 1号探针分别位于BCR-ABL1序列的上下游区域;ABL1引物和MGB 2号探针分别位于ABL1序列的上下游区域,目的扩增片段为e13a2、e13a3、e14a2、e14a3,扩增序列为:
e13a2:TCCGCTGACCATCAATAAGGAAGAAGCCCTTCAGCGGCCAGTAGCATCTGACTTTGAGCCTCAGGGTCTGAGTG
e13a3:TCCGCTGACCATCAACAAGGAAGGTGAAAAGCTCCGGGTCTTAGGCTATAATCACAATGGGGAATGGTGTGAAGCCCAAACCAAAAATGGCCAAGGCTGGGTCCCAAGCAACTACATC
e14a2:TCCGCTGACCATCAATAAGGAAGATGATGAGTCTCCGGGGCTCTATGGGTTTCTGAATGTCATCGTCCACTCAGCCACTGGATTTAAGCAGAGTTCAAAAGCCCTTCAGCGGCCAGTAGCATCTGACTTTGAGCCTCAGGGTCTGAGTG
e14a3:TCCGCTGACCATCAATAAGGAAGATGATGAGTCTCCGGGGCTCTATGGGTTTCTGAATGTCATCGTCCACTCAGCCACTGGATTTAAGCAGAGTTCAAGTGAAAAGCTCCGGGTCTTAGGCTATAATCACAATGGGGAATGGTGTGAAGCCCAAACCAAAAATGGCCAAGGCTGGGTCCCAAGCAACTACATC
检测BCR-ABL1引物和探针序列分别为:
上游引物:BF: TCCGCTGACCATCAATAAGGA
下游引物:BR: CACTCAGACCCTGAGGCTCAA.
MGB 1号探针BP-MGB:5,-FAM-CCCTTCAGCGGCCAGT-MGBNFQ-3,.
检测ABL1引物和探针序列分别为:
上游引物:AF: TGGAGATAACACTCTAAGCATAACTAA AGGT.
下游引物:AR: GATGTAGTTGCTTGGGACCCA.
MGB 2号探针AP-MGB: 5,-HEX-CATTTTTGGTTTGGGCTTC-MGBNFQ-3,.
(2)定量标准品的构建
根据BCR-ABL1序列,设计和合成含上述BCR-ABL1目的基因及ABL1内参基因的基因片段e14a2,将基因片段克隆到质粒载体PUC57,形成标准品PUC57-e14a2,经酶切及测序鉴定(上海生工公司)正确无误,表明定量质粒标准品构建获得成功,同时,根据此构建成功的重组质粒的浓度和克隆序列长度,计算作为检测慢性髓系白血病细胞中BCR-ABL1和ABL1基因的拷贝数,并以此作为本申请专利的的定量标准品;
(3)对患有慢性髓系白血病患者骨髓或外周血标本提取细胞总RNA;
(4)对提取的样本RNA于一个PCR管中进行实时荧光定量RT-PCR,同时检测出目的基因BCR-ABL1 mRNA和内参基因ABL1 mRNA拷贝数,计算出校对比值。
2.根据权利要求1所述的一步单管法定量RT-PCR检测慢性髓系白血病BCR-ABL1基因的表达量,其特征是所述的标准品质粒载体,指的是长度为3048bp的PUC57-e14a2载体。
3.根据权利要求1所述的一步单管法定量RT-PCR检测慢性髓系白血病BCR-ABL1基因的表达量,其特征是所述的所有探针均为MGB探针,1号探针5'端的荧光报告基因是FAM,2号探针5'端的荧光报告基因是HEX。
4.根据权利要求1所述的一步单管法定量RT-PCR检测慢性髓系白血病BCR-ABL1基因的表达量,其特征是所述的3'端标记的荧光淬灭基团为MGBNFQ。
5.根据权利要求1所述的一步单管法定量RT-PCR检测慢性髓系白血病BCR-ABL1基因的表达量,其特征是目的基因BCR-ABL1和内参基因ABL1于一个PCR管中使用不同的引物和探针同时进行实时定量荧光RT-PCR扩增,而不是分两管单独扩增。
6.根据权利要求1所述的一步单管法定量RT-PCR检测慢性髓系白血病BCR-ABL1基因的表达量,其特征是目的基因BCR-ABL1和内参基因ABL1于一个试管中使用不同的引物和探针同时进行实时定量荧光RT-PCR扩增,而不是先进行RT,而后行PCR两步法单管扩增。
7.根据权利要求1所述的一步单管法定量RT-PCR检测慢性髓系白血病BCR-ABL1基因的表达量,其特征是还包括根据如下公式计算目的基因校对比值:
NQ= BCR-ABL1 mRNA拷贝数/ABL1 mRNA拷贝数×100%。
8.根据权利要求1所述的一步单管法定量RT-PCR检测慢性髓系白血病BCR-ABL1基因的表达量,其特征是相对于其他方法,该法可以检测出拷贝数更低的RNA,同时减少实验误差,使得结果更加可信。
9.根据权利要求1所述的一步单管法定量RT-PCR检测慢性髓系白血病BCR-ABL1基因的表达量,其特征是该法不仅可以检测出BCR-ABL1一般突变类型(e13a2、e14a2),而且可以检测出特殊突变类型(e13a3、e14a3)。
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