MMACHC、MTHFR基因突变检测试剂盒
技术领域
本发明属于基因检测领域,具体涉及MMACHC、MTHFR基因突变检测试剂盒,主要应用于检测甲基丙二酸血症伴同型半胱氨酸血症CblC型,同时联合应用于叶酸代谢异常检测。
背景技术
甲基丙二酸血症(methylmalonic academia,MMA)是先天有机酸代谢异常中最常见的病种,主要是由于甲基丙二酰辅酶A变位酶(mutaseapoenzyme,mut)自身缺陷或其辅酶钴胺素(Cobalamin,Cbl,VitB12)代谢缺陷所致。变位酶缺陷包括完全缺陷mut0型,部分缺陷mut-型。钴胺素代谢缺陷包括cblA、cblB、cblC、cblD、cblE、cblF、cblG和cblH 8种亚型,其中cblC、、cblD和cblF可导致辅酶脱氧腺苷钴胺素和甲基钴胺素合成障碍,引起体内甲基丙二酸、同型半胱氨酸等代谢物异常蓄积,故称为甲基丙二酸血症伴同型半胱氨酸血症(简称合并型MMA)。临床表现为神经、肝脏、肾脏、骨髓等多脏器损伤,以cblC型最为常见,其编码基因为MMACHC,定位于染色体1p34.1,属于常染色体隐性遗传病。
同时,N5,10-亚甲基四氢叶酸还原酶(MTHFR),它是人体甲硫氨酸-叶酸代谢过程中的关键酶,也是同型半胱氨酸重新甲基化的关键酶。它可以使N5,10-亚甲基四氢叶酸还原为5-甲基四氢叶酸,从而作为甲基的间接供体参与体内嘌呤、嘧啶的合成及DNA、RNA、蛋白质的甲基化,同时维持体内正常的同型半胱氨酸水平。其编码基因为MTHFR,定位于染色体1p36,也属于常染色体隐形遗传病。MTHFR基因突变导致酶活性下降,使血浆同型半胱胺酸浓度升高及DNA低甲基化,导致甲基丙二酸血症伴同型半胱氨酸血症CblC型患者病情严重,疾病预后差。
甲基丙二酸血症合并同型半胱氨酸血症CblC型患者临床表现个体差异性大,临床特征以神经系统症状为主,尤其是脑损伤,可表现为嗜睡、惊厥、运动功能障碍以及手足徐动症等。部分患儿伴有巨幼红细胞性贫血、粒细胞及血小板减少,严重时出现骨髓抑制。部分患儿伴肝肾损伤,肾小管酸中毒、间质性肾炎、慢性肾衰等肾脏衰竭,有时伴有溶血性尿毒症综合征。迟发型患儿多在4岁~14岁出现症状,甚至于成年期起病,常合并脊髓、肝、肾、眼、血管及皮肤等多系统损害,儿童或青少年时期表现为急性神经系统症状,如认知能力下降、意识模糊及智力落后等。
目前,甲基丙二酸血症伴同型半胱氨酸血症CblC型的诊断主要通过尿气相色谱/质谱(gaschromatography mass spectrometry,GS/MS)技术检测尿液中甲基丙二酸、血串联质谱(tandem massspectrometry,MS/MS)技术检测血中丙酰肉碱(C3)与乙酰肉碱(C2)的比值(C3/C2),两者同时增高并排除维生素B12缺乏等继发因素伴血清同型半胱氨酸升高,可合并甲硫氨酸(methionine,Met)降低时方可诊断。同时应完善患者血、尿常规、血气分析、血氨、血糖、血乳酸、肝肾功能和心肌酶谱测定、脑CT或MRI扫描、脑电图、智力测定等辅助检查。但是该方法的操作复杂,明确诊断费时且价格昂贵,并且对于甲基丙二酸血症伴同型半胱氨酸血症CblC型的筛查及预防不具备普遍的意义。
通过对患者进行基因检测,可明确基因突变类型,对甲基丙二酸血症伴同型半胱氨酸血症CblC型患者明确诊断及个体化防治提供有力证据。传统基因检测方法基于Sanger测序,需先明确想要检测的基因,通过聚合酶链扩增技术(PCR)将目标区段扩增出来,再使用双脱氧终止法(Sanger测序)进行测序确定致病突变。该方法通量低、效率差、成本高、且检出率不理想。
发明内容
二代测序技术(NGS)以其通量高、成本低、可一次性检测突变范围广的特点,已经发展为重要的临床基因分析技术,而结合目标区域捕获技术(target region capturetechnology)可进一步富集目标区段,提高检测效率降低成本,但目前市场上没有一种产品或技术可以一次性检测MMACHC基因、MTHFR基因的所有外显子区域的SNP位点。本发明通过自主科研结果确定了MMACHC基因上的5个高频突变位点和MTHFR基因上的1个高频突变位点,即MMACHC基因上的c.80A>G、c.482G>A、c.567dupT、c.609G>A和c.656_658AAG del,以及MTHFR基因上的c.665C>T。通过杂交探针原理合成捕获探针,对目标位置一次性在二代测序平台进行测序,结合自建专病数据库对测序数据进行解读,确定患者的位点突变情况。本方法对MMACHC基因上的c.80A>G、c.482G>A、c.567dupT、c.609G>A和c.656_658AAGdel,以及MTHFR基因上的c.665C>T这6个突变位点的1X覆盖率达100%,可有效检测上述6个位点的突变情况,从而辅助临床诊断及治疗。
前期通过对23个临床上疑似甲基丙二酸血症伴同型半胱氨酸血症CblC型患者样本采用本方法进行检测,MMACHC基因上的c.80A>G、c.482G>A、c.567dupT、c.609G>A和c.656_658AAG del,以及MTHFR基因上的c.665C>T这6个位点突变检出率达86.96%,为甲基丙二酸血症伴同型半胱氨酸血症CblC型高频突变位点,可以作为疾病辅助诊断的依据。此外使用此方法还可以不断完善新的突变位点,并简化新的待检测样本的解读流程。
针对选取的甲基丙二酸血症伴同型半胱氨酸血症CblC型疾病相关的MMACHC基因上的c.80A>G、c.482G>A、c.567dupT、c.609G>A和c.656_658AAG del以及叶酸代谢通路相关的MTHFR基因上的c.665C>T这6个突变位点设计探针组合,本组合中探针对目标区域覆盖度达100%。该探针组可富集突变位点及两侧序列,探针长度为120bp,富集的DNA在二代测序平台上进行高深度测序。
根据测序数据进行序列比对及信息分析,对每个变异进行突变类型判定,如果同一位点(locus)上的两个等位基因均发生突变,则为纯合突变;如果同一位点(locus)上的两个等位基因只有一个位置上发生突变,则为杂合突变;如果同一位点(locus)上的两个等位基因均未发生突变,则为野生型。再结合正常人群频率,疾病数据库频率,患者临床症状,遗传模式,所处位点保守性进行致病性判断,辅助临床诊断。具体流程参见图1。
本发明提供了一种探针组,其特征在于,所述探针组中的探针能够特异性的识别MMACHC基因上的c.80A>G、c.482G>A、c.567dupT、c.609G>A和c.656_658AAG del,以及MTHFR基因上的c.665C>T这6个位置的突变:
优选的,本发明提供的探针组包含SEQ ID NO:1-5所示的序列。
本发明提供一种引物组,所述引物组用于扩增前述探针组。
优选的,本发明提供的引物组包括SEQ ID NO:6-13所示的序列。
本发明提供一种MMACHC、MTHFR基因突变检测试剂盒,所述试剂盒包括前述探针组和/或引物组。
本发明进一步请求保护前述探针组和/或引物组的用途,所述用途为用于制备MMACHC、MTHFR基因突变检测。
本发明进一步公开了与MMACHC基因相关的突变位点。
优选的,所述突变位点为:c.80A>G、c.482G>A、c.567dupT、c.609G>A和c.656_658AAG del。
本发明进一步公开了与MTHFR基因相关的突变位点。
优选的,所述突变位点为:c.665C>T。
所述突变位点可以采用上述探针组进行杂交或引物组进行扩增获得。
具体的,
SEQ ID NO:1所示的序列用于鉴定MMACHC基因的SNP位点为:MMACHC:c.80A>G,对应的扩增引物为SEQ ID NO:6-7。
SEQ ID NO:2所示的序列用于鉴定MMACHC基因的SNP位点为:MMACHC:c.482G>A,对应的扩增引物为SEQ ID NO:8-9。
SEQ ID NO:3所示的序列用于鉴定MMACHC基因的SNP位点为:MMACHC:c.567dupT及c.609G>A,对应的扩增引物为SEQ IDNO:10-11。
SEQ ID NO:4所示的序列用于鉴定MMACHC基因的SNP位点为:MMACHC:c.656_658AAG del,对应的扩增引物为SEQ ID NO:10-11。
SEQ ID NO:5所示的序列用于鉴定MTHFR基因的SNP位点为:MTHFR:c.665C>T,对应的扩增引物为SEQ ID NO:12-13。
本发明进一步提供MMACHC基因突变位点在制备MMACHC、MTHFR基因突变检测试剂盒中的应用。
优选的,所述突变位点为:c.80A>G、c.482G>A、c.567dupT、c.609G>A和c.656_658AAG del。
本发明进一步提供MTHFR基因突变位点在制备MMACHC、MTHFR基因突变检测试剂盒中的应用。
优选的,所述突变位点为:c.665C>T。
通过采用本发明提供的探针或引物,对本发明公开的突变位点进行检测,能够有效的实现对甲基丙二酸血症伴同型半胱氨酸血症CblC型患者的准确筛查、诊断,能够进一步提供针对性的治疗。
附图说明
图1样本检测分析流程图
图2突变位点分析流程图
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容,但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下,对本发明方法、步骤或条件所作的优化、修改或替换,均属于本发明的范围。
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。
实施例1 样本DNA的制备
采用常规的外周血核酸提取试剂盒(磁珠法)按照说明书操作,提取23例临床症状符合甲基丙二酸血症伴同型半胱氨酸血症CblC型患者外周血样本中的基因组DNA。对DNA进行质量控制,要求DNA浓度不低于20ng/μL,DNA总量不低于1μg,DNA纯度A260/A280在1.75-1.90之间。将提取后的样本置于4℃冰箱保存,保存周期不超过7天,置于-18℃以下冰箱长期保存。若提取效果不满足上述条件则需要进行重新提取。
实施例2 样本中突变位点的测定
采用本发明所述用于制备MMACHC、MTHFR基因突变检测试剂盒对上述23例患者的基因组DNA进行DNA文库构建及杂交捕获,以获得目前片段,用于后续的二代测序及数据结果分析。
具体操作流程如下:
1 文库制备
1.1 基因组DNA打断及末端修复
取一定量上述提取好的基因组DNA,加入10μL打断修复反应混合液加入到基因组DNA中。置于PCR仪上37℃孵育20min,65℃孵育15min,冷却至4℃保持。
1.2 接头连接
加入50μL连接反应混合液到上步末端修复后的DNA中,置于PCR仪上23℃孵育1h,冷却至4℃保持。
反应结束后用40μL纯化磁珠对连接后的DNA进行纯化。纯化后经2步80%无水乙醇洗涤去除多余试剂如缓冲液、酶等,保留上清液,备用。
1.3 杂交前PCR扩增
将5μL PCR引物1加入连接纯化后的DNA中,再加入25μL PCR反应液,充分混匀,运行下表的PCR反应程序。
反应结束后用60μL纯化磁珠对Pre-PCR后的DNA进行纯化。纯化后经2步80%无水乙醇洗涤去除多余试剂如缓冲液、酶等,再用22μL无核酸酶水回溶,DNA文库构建完成备用。
2 文库定量
使用Qubit进行DNA定量,对DNA进行质量控制,要求DNA浓度不低于15ng/μL,DNA总量不低于330ng。若满足条件,可进行下步操作;若不满足条件,则认为Pre-PCR失败,需重新进行Pre-PCR。若第二次Pre-PCR仍不满足条件,则认为建库失败,需重新建库。
3 文库混合及纯化
将若干构建好的文库按照等物质的量混合,先用纯化磁珠对混合文库进行两步纯化筛选混合文库片段,筛选后经1步80%无水乙醇洗涤去除多余DNA,用11μL无核酸酶水回溶,备用。
4 特异性杂交捕获
迅速将5μL杂交封闭缓冲液加入混合文库中,再加入12μL杂交反应缓冲液,充分混匀,运行下表的PCR反应程序。
温度 |
时间 |
循环数 |
95℃ |
5min |
1 |
65℃ |
保持 |
1 |
取2μL用SEQ ID NO:1-4所示的序列混合制备而成杂交探针组,65℃预热2min,迅速加入到上述反应中。轻柔混匀后,将PCR仪盖紧,65℃杂交16-24h。
5 杂交后结合及洗脱
5.1 磁珠结合
经16-24h杂交后,继续保持杂交混合液于65℃,待活化的杂交磁珠预热5min结束后,迅速将杂交磁珠全部转移至杂交混合液的PCR管中。继续65℃温育45min,结束后弃掉上清保留磁珠。
5.2 磁珠洗脱
按下表次序进行洗脱,洗脱后用45μL无核酸酶水回溶,备用。
6 捕获后PCR
将5μL PCR引物2加入上述捕获后混合文库中,再加入50μL PCR反应液,充分混匀,运行下表的PCR反应程序。
反应结束后用120μL纯化磁珠对Post-PCR后的DNA进行纯化。纯化后经2步80%无水乙醇洗涤去除多余试剂如缓冲液、酶等,用40μL无核酸酶水回溶,DNA文库杂交捕获完成备用。
7 捕获后文库定量
使用Qubit进行DNA定量,对DNA进行质量控制,要求DNA浓度不低于4ng/μL,DNA总量不低于160ng。若满足条件,则文库出库,可进行下步测序反应;若不满足条件,则认为建库失败,需重新建库。
8 上机测序
本实验采用二代测序方法,对上述制备合格的捕获后文库进行上机测序。
9 信息分析
测序仪获取原始短序列;
去除测序数据中的接头和低质量数据;
短序列定位到人类基因组数据相应的位置上;
统计测序结果信息,短序列数量、目标区域覆盖大小、平均测序深度等;
过滤低质量值和低覆盖度的单核苷酸;
10 注释
确定突变位点发生的突变类型、坐标、氨基酸改变等生成突变数据列表流程如图2。
11 结果分析:
共检测23例样本,MMACHC基因上的c.80A>G、c.482G>A、c.567dupT、c.609G>A和c.656_658AAG del以及MTHFR基因上的c.665C>T,这6个位点的突变情况具体检出如下:
1)MMACHC基因上的位点突变检出情况:c.80A>G杂合突变2例;c.482G>A杂合突变4例;c.567dupT杂合突变2例;,c.609G>A纯合突变4例,c.609G>A杂合突变11例;656_658AAG del杂合突变6例,其中c.609G>A和656_658AAG del复合杂合突变3例;
2)MTHFR基因上的位点突变检出情况:c.665C>T纯合突变5例,其中合并MMACHC基因c.609G>A纯合突变2例,合并MMACHC基因c.609G>A杂合突变1例,合并MMACHC基因c.609G>A和656_658AAG del复合杂合突变2例。
3)未检出上述6种突变的样本共3例。
综上所述,MMACHC基因上的c.80A>G、c.482G>A、c.567dupT、c.609G>A和c.656_658AAG del以及MTHFR基因上的c.665C>T这六个位点的突变检出率为86.96%。
检测结果:
根据上述列表检测结果所得,MMACHC基因上的c.609G>A突变位点的突变频率为41.3%,c.656_658AAG del缺失突变的突变频率为13.04%,c.482G>A突变位点的突变频率为8.7%、c.567dupT突变位点的突变频率为4.3%、c.80A>G突变位点的突变频率为4.3%。MTHFR基因上的c.665C>T突变位点的突变频率为21.74%。
实施例3
测试样本验证:
采用本发明专利所述引物对上述23例临床症状符合甲基丙二酸血症伴同型半胱氨酸血症CblC型患者的二代测序结果进行验证。
样本DNA的提取方法同实施例1。
使用SEQ ID NO:6-13所示的引物序列对提取的DNA进行扩增,对扩增结果采用Sanger测序后,按照实施例2表格中的结果判断方法对扩增的结果进行判定。
整体检出情况:
23例疑似甲基丙二酸血症伴同型半胱氨酸血症CblC型患者,MMACHC基因上的c.80A>G杂合突变2例;c.482G>A杂合突变4例;c.567dupT杂合突变2例c.609G>A纯合突变4例,c.609G>A杂合突变11例;656_658AAG del杂合突变6例,其中c.609G>A和656_658AAG del复合杂合突变3例。MTHFR基因上的c.665C>T纯合突变5例,其中合并MMACHC基因c.609G>A纯合突变2例,合并MMACHC基因c.609G>A杂合突变1例,合并MMACHC基因c.609G>A和656_658AAG del复合杂合突变2例。MMACHC基因上的c.80A>G、c.482G>A、c.567dupT、c.609G>A和c.656_658AAG del以及MTHFR基因上的c.665C>T这六个位点的突变检出率为86.96%。与二代测序检出结果一致,两种方法检测的符合率100%。从而证明用于制备MMACHC、MTHFR基因突变检测试剂盒的探针和引物的灵敏度性和特异性高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。