CN108424959B - 一种用于强直性脊柱炎早期诊断的生物标记物及其在试剂盒中应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于强直性脊柱炎早期诊断的生物标记物,所述标记物为CMYA5基因携带SNP位点rs3828611,所述rs3828611位点与强直性脊柱炎发生相关。本发明通过SNP基因型诊断试剂和诊断试剂盒的研制和应用,可使得强直性脊柱炎的诊断更加方便易行,为临床医生快速准确掌握患者病情,为临床治疗效果评价奠定基础,并为发现具有潜在治疗价值的新型小分子药物靶标提供帮助。
Description
技术领域
本发明涉及生物技术领域,具体涉及一种用于强直性脊柱炎早期诊断的生物标记物及其在试剂盒中应用。
背景技术
强直性脊柱炎(Ankylosing spondylitis,AS)是一种自身免疫性疾病,多发于16-40岁的青壮年,男女患病比例约为4~10:1。病变常首先发生于骶髂关节,少数重症患者表现为整个脊柱强直。此外,部分患者伴有不同程度的髋关节、眼、肺、心血管、肾等脊柱外病变。AS在白种人群中的发病率约为1%~3%,我国AS患病率约为0.2-0.6%,其中60%以上的患者伴有髋关节受累,致使20%以上AS患者残疾,炎症主要累及关节囊、肌腱和韧带的骨附着点,导致局部关节粘连强直,活动受限。临床上至今尚缺乏可明显缓解和控制疾病发展的药物。AS属多基因疾病,具有明显的遗传倾向,虽然通常认为遗传与免疫因素在AS发病中起主导作用,但确切的病因与发病机制仍不清楚。
目前进行AS遗传病因研究,多采用SNP作为基因组标志的关联分析方法,是有效的,已得到证明。SNP是指染色体基因组水平上单个核苷酸变异引起的DNA序列多态性,在人群中的频率需>1%,SNPs是双等位基因标记,这种单碱基变化中有70.1%为同型碱基之间的转换:如G/A或T/C,29.1%为发生在嘌呤和嘧啶之间的颠换。C(胞嘧啶)是人类基因组中最易发生变化的位点,因为大多数是甲基化胞嘧啶,能够自发脱氨基转换为T(胸腺嘧啶),SNP包含了已知多态性的80-90%,是最常见的遗传变异。
鉴于目前还没有将CMYA5基因SNP位点应用于强直性脊柱炎诊断的报道,若能筛选出强直性脊柱炎易感的SNP作为生物标志物,并研制相应的诊断试剂盒,必将有力地推动我国强直性脊柱炎早期诊断的现状,并为其药物筛选、药效评价及靶向治疗开辟新的途径。
附图说明
图1为实施例3中rs3828611位点的测序图。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术问题,提出一种用于强直性脊柱炎早期诊断的生物标记物。
本发明的第二个目的是提供一种强直性脊柱炎诊断试剂盒。
发明人通过分离和研究强直性脊柱炎患者及与其年龄匹配的健康人对照外周血DNA中的单核苷酸多态性,寻找一种与强直性脊柱炎高度相关的高特异性和敏感性的SNP,并研制出可便于临床应用的强直性脊柱炎辅助诊断试剂盒,为强直性脊柱炎的筛查和诊断提供数据支持。
本发明的目的是通过下列技术方案实现的:
本发明首先提供一种用于强直性脊柱炎早期诊断的生物标记物,所述标记物为CMYA5基因携带SNP位点rs3828611,所述rs3828611位点与强直性脊柱炎发生相关。
进一步地,本发明提供一种用于检测rs3828611位点的特异性扩增引物,所述引物包括上游引物序列如SEQ ID No:1所示和下游引物序列如SEQ ID No:2所示。
进一步地,本发明还提供所述生物标记物和所述特异性扩增引物在强直性脊柱炎辅助检测、诊断、治疗产品中的应用。
优先的,所述产品为试剂、试剂盒或药品。
更进一步地,本发明提供一种强直性脊柱炎诊断试剂盒,所述试剂盒能够检测外周血液DNA中rs3828611位点是否发生突变。
优选的,所述试剂盒包括能检测rs3828611位点基因型的试剂。
优选的,所述能检测rs3828611位点基因型的试剂包括检测rs3828611位点的特异性扩增引物,其中上游引物序列如SEQ ID No:1所示和下游引物序列如SEQ ID No:2所示。
优选的,所述能检测rs3828611位点基因型的试剂还包括:10×PCR缓冲液、dNTP混合液、Taq酶、纯水。
优选的,所述检测方法包括Sanger测序法、高通量测序法、单链构象多态性分析法、高效液相色谱法、PCR法等;最优选为Sanger测序法;Sanger基因测序技术经过了30年的不断发展与完善,现在已经可以对长达1,000bp的DNA片段进行测序,而且对每一个碱基的读取准确率高达99.999%。由于具有很高的读取准确率,Sanger法测序成为基因突变、单核苷酸多态性等基因分析的金标准。
所述Sanger测序原理:DNA模板在DNA聚合酶、引物、四种脱氧核苷酸三磷酸(dNTP)存在下进行复制时,在反应体系中分别按照一定的比例引入四种荧光染色剂标记的双脱氧核苷三磷酸(ddNTP)。由于ddNTP缺乏延伸所需要的3’-OH基团,当ddNTP掺入链的末端时,该链就会停止延伸。
本发明检测rs3828611位点突变的Sanger测序方法为:
提取待测样品的基因组DNA;设计特异性扩增rs3828611位点的上下游引物,进行PCR扩增;对PCR扩增产物进行测序,然后与正常人相应序列进行比对,判断基因型。
本发明有益效果:
发明人首次发现CMYA5基因携带SNP位点rs3828611与AS相关性,并研究rs3828611位点作为标志物在AS的预防、辅助诊断治疗和新药研发的应用前景,阐述SNP位点对于强直性脊柱炎进展的影响,揭示其诊断价值。
本发明获得了强直性脊柱炎发病相关突变位点谱和特异性标志物;通过SNP基因型诊断试剂和诊断试剂盒的研制和应用,可使得强直性脊柱炎的诊断更加方便易行,为临床医生快速准确掌握患者病情,为临床治疗效果评价奠定基础,并为发现具有潜在治疗价值的新型小分子药物靶标提供帮助。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。若未特别指明,实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
本发明以强制性脊柱炎散发型患者为研究对象,对患病个体和非患病个体进行了外显子组测序并比较,发现在CMYA5基因上携带有SNP位点rs3828611为致病位点,该位点造成CMYA5蛋白的变化;通过Sanger测序验证了rs3828611为致病位点。
实施例1血液样本收集和基因组DNA的提取
发明人于2017年1月至2017年10月,按纽约1984年的修订诊断标准入选病例,共选取来自北京协和医院无血缘关系的AS患者6例,以及健康对照志愿者6例,收集血液样本。本研究的所有临床样本,均对患者进行知情告知并经本医院伦理委员会通过。
外周血DNA的提取方法:
具体步骤为:
1、向储存于2mL冻存管中的外周血加入溶血试剂(即裂解液,40份量配置方法如下:蔗糖219.72g、氯化镁2.02g和曲拉通X-100(amresco0694)20mL混合后,用TrisHcl溶液定容至2000mL,下同),颠倒混匀后完全转入。
2、去除红细胞:用溶血试剂将5mL离心管补至4mL,颠倒混匀,4000rpm离心10分钟,弃上清。向沉淀中加入4mL溶血试剂,再次颠倒混匀清洗一次,4000rpm离心10分钟,弃上清。
3、抽提DNA:向沉淀中加1mL抽提液(每300mL中含有122.5mL0.2M氯化钠,14.4mL0.5M乙二胺四乙酸,15mL10%十二烷基硫酸钠,148.1mL双蒸水,下同)和8μL蛋白酶K,振荡器上充分振荡混匀,37℃水浴过夜。
4、去除蛋白质:加1mL饱和酚充分混匀(手轻摇15分钟),4000rpm离心10分钟,取上清转入新的5mL离心管中。在上清液中加入等体积氯仿与异戊醇混合液(氯仿:异戊醇=24:1,v/v,下同),充分混匀后(手摇15分钟),4000rpm离心10分钟,取上清(分入两个1.5mL的离心管)。
5、DNA沉淀:在上清液中加入3M的醋酸钠60μL,再加入与上清液等体积的冰无水乙醇,上下轻摇,可见白色絮状沉淀物,再以12000rpm离心10min。
6、DNA洗涤:在沉淀中加入冰无水乙醇1mL,12000rpm离心10min,弃上清后真空抽干或置于清洁干燥环境中蒸干。
7、测量浓度:通常能得到20-50ng/μLDNA,纯度(紫外2600D:2800D)在1.8-2.0。
实施例2外周血DNA中SNP的全外显子组检测
将实施例1中两组人群经全外显子测序检测获得相关结果。
1、外显子捕获:采用Agilent SureSelectHumanAll Exon 70M(V4+UTRs)外显子组液相捕获芯片进行杂交捕获,平均捕获效率70%。其大致流程是将打断后的基因组DNA与SureSelect诱饵共孵,通过含有链酶亲和素标记的磁珠(streptavidinmagnetic beads),钓出RNA诱饵-DNA杂合体,洗脱磁珠,降解RNA诱饵,富集目的区域,再进行高通量测序。
2、外显子组文库构建:对质检合格的DNA样品,采用Illumina标准的DNA true-seq建库流程构建外显子组文库。文库构建流程简述如下:
(1)取5μg基因组DNA,在适当体系中以Bioruptor做随机机械化打断,使片段主带在200bp附近,切胶回收150-250bp片段;
(2)对DNA片段做末端修复和3’末端加A尾;
(3)连接测序接头(adapter),连接产物纯化后进行聚合酶链式反应(polymerasechain reaction,PCR)扩增,扩增产物纯化为预文库;
(4)取一定量预文库以外显子组捕获试剂盒中的探针做杂交捕获。按照Agilent捕获芯片的流程进行捕获。杂交产物经洗脱回收后做PCR扩增,产物回收即为终文库,琼脂糖凝胶电泳跑小样确认;
(5)利用定量PCR的方法对文库进行最终的质检,用以判断文库insert的大小以及上机前文库的最终浓度,合格文库安排上机测序。
3、外显子组测序:对构建好的外显子组文库,采用Illumina HiseqTM 2000高通量测序仪进行双末端(pair-end)测序,测序模式为100PE,测序试剂为V3,测序深度为50×。Illumina Hiseq2000测序系统是一种高通量测序技术,其测序原理采用可逆终止法的边合成边测序(sequencing by synthesis,SBS)技术。
4、数据分析与处理
全外显子测序产出的大量数据经初步质量控制后,利用SOAPsnp、Samtoolspileup等软件进行数据评估以确保数据的可信度,主要包括数据量、重复率、捕获效率、测序深度及覆盖率等指标,继而与人类基因组DNA进行对比。生物信息学分析主要针对与人类基因组对比后获得的各类变异,主要包括SNP和InDels。在Mutation Taster、Polyphen2和SIFT软件中评估变异位点的致病性,三个软件均为高致病性的变异视为致病性突变位点。
5、经过数据筛选、深度加工和生物信息学序列比对,最终分析发现AS病例组和对照组中发现的基因型分布频率有显著差异的SNP rs3828611致病性突变位点,rs3828611位点为错义突变,具体如表1所示。
表1突变位点
实施例3Sanger测序验证
本发明利用Sanger测序法对rs3828611位点进行验证。
分别对实施例1中6例无血缘关系的AS患者,以及健康对照志愿者6例进行Sanger测序检验。
1、DNA提取
所述提取样本DNA的步骤同实施例1中相同;
2、引物设计及PCR反应
PCR引物设计:引物由上海生工设计合成,所述引物如表2所示。
表2引物序列
PCR扩增体系如表3所示;PCR扩增程序如表4所示。
表3反应体系
表4反应体系
3、测序
PCR扩增结束后,取5μL扩增产物,1%琼脂糖凝胶电泳,电泳30min,染色20min,然后将凝胶块置于凝胶成像仪中观察,根据比对Marker的片段大小情况,初步判断扩增片段是否正确。进而对符合要求的扩增产物进行纯化,对纯化后的产物进行双向测序:采用ABI公司BigDye3.1SequencingKit试剂盒,并按试剂盒要求进行操作;用ABI公司3730型测序仪进行测序。
4、结果分析
测序结果用Chromas序列分析软件,将测序结果与标准序列进行比对,寻找突变位点,通过分析突变位点处碱基的类型,得到位点的基因型:对照组基因型C/C,病例组基因型为C/G或G/G(图1);进一步验证了外显子测序的结果。
实施例4Sanger测序进行其他样本验证
发明人收集到来自协和医院的7例AS患者,7例正常对照,并进行编号,采集的外周血进行Sanger测序,测序步骤同实施例3。
结果显示,在7例AS患者成员中对rs3828611突变位点进行突变排查,基因型如下表5所示。因此发明人认为rs3828611突变位点是AS致病位点。
表5基因型
样本 | 基因型 |
对照1 | C/C |
对照2 | C/C |
对照3 | C/C |
对照4 | C/C |
对照5 | C/C |
对照6 | C/C |
对照7 | C/C |
病例1 | C/G |
病例2 | G/G |
病例3 | C/G |
病例4 | C/G |
病例5 | G/G |
病例6 | C/G |
病例7 | G/G |
实施例5基因突变检测试剂盒的制作
突变位点试剂盒的制作和操作流程是基于Sanger测序扫描检测分型技术。试剂盒含有实施例3中扩增rs3828611突变位点的特异性引物,该试剂盒还可以包括PCR反应常用的试剂,如Taq酶、dNTP混合液、MgCl2溶液、去离子水等;这些常用试剂都是本领域技术人员熟知的,另外还可以含有标准品和/或对照品(如确定基因型的标准品和空白对照等)。此试剂盒的价值在于只需要外周血而不需要其它组织样品,通过最精简和特异的引物对检测突变位点,再通过突变位点谱辅助判断AS,不仅稳定,检测方便,且精确,大大提高疾病诊断的敏感性和特异性,因此将此试剂盒投入实践,可以帮助指导诊断和更有效的个体化治疗。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。
序列表
<110> 中国医学科学院北京协和医院
<120> 一种用于强直性脊柱炎早期诊断的生物标记物及其在试剂盒中应用
<130> P17140
<160> 2
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 21
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 1
ctcccatcac agaggacgtc a 21
<210> 2
<211> 19
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 2
gctcaggtgg gaccaggat 19
Claims (1)
1.检测CMYA5基因携带SNP位点rs3828611基因型的特异性扩增引物在制备强直性脊柱炎辅助诊断产品中的应用,所述特异性扩增引物为上游引物序列如SEQ ID No:1所示和下游引物序列如SEQ ID No:2所示,正常基因型C/C,患病基因型为C/G或G/G。
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