CN109239362B - 一种凝集素探针组合在基于尿蛋白糖型鉴别秦岭川金丝猴妊娠方面的应用 - Google Patents

一种凝集素探针组合在基于尿蛋白糖型鉴别秦岭川金丝猴妊娠方面的应用 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种凝集素探针组合在基于尿蛋白糖型鉴别秦岭川金丝猴妊娠方面的应用。该凝集素探针组合为PSA、BS‑I、GSL‑II、DBA和PHA‑E+L的组合;若样本检测结果为PSA、BS‑I和GSL‑II表达上调,且DBA和PHA‑E+L表达下调,则表明相应主体在取样时处于妊娠期。利用本发明对秦岭川金丝猴妊娠状况进行鉴别,快速、简便、准确,实现成本较低。

Description

一种凝集素探针组合在基于尿蛋白糖型鉴别秦岭川金丝猴妊 娠方面的应用
技术领域
本发明涉及一种鉴别秦岭川金丝猴妊娠的方法。
背景技术
金丝猴隶属灵长目(Primates)猴科(Cercopithecidae)疣猴亚科(Colobinae)仰鼻猴属(Rhinopithecus),川金丝猴(Rhinopithecus roxellana)是金丝猴的指名亚种,为中国的特有物种,属国家I级重点保护动物。作为珍稀濒危灵长类,国内外各大动物园都有饲养,通过繁育扩大种群数量,从而将濒危物种就地保护或者迁移到合适的环境中,也为濒危物种野外放归提供可能,提高动物的繁殖能力是其关键所在。但因存在雄猴对怀孕雌猴强行重复交配、抢夺食物,怀孕母猴妊娠早期特征不明显,不能及时对妊娠母猴进行保护,导致人工饲养繁殖过程中流产死产现象严重,极大的影响了繁殖率。
川金丝猴的繁殖具有明显的季节性,8‐12月为交配季节,产子期次年3‐5月,孕期6‐7个月,动物妊娠诊断主要分为两类(直接和间接)或三类:一是视觉方法,二是临床方法,三是实验室检查,但因取样过程需要麻醉和反复抓捕动物,会扰乱动物体内激素的正常分泌及循环和新陈代谢过程等、监测周期长、监测指标波动水平大、具有延时性等因素,现阶段也没有能尽早确诊珍稀野生动物怀孕的简单易行的方法。
糖基化是最普遍的蛋白质翻译后修饰之一,研究发现约一半以上的哺乳动物蛋白质都发生了糖基化。糖基化作为一种重要的翻译后修饰,可以影响蛋白质的溶解度、折叠、定位及构象的维持,调节蛋白质的功能和降解;还可以介导分子与分子之间、分子与细胞之间、细胞与细胞之间的相互作用,参与几乎所有的生命过程。尿液由于蛋白质成分相对简单,尿液糖蛋白质组学的研究能够有效地去除非糖基化修饰的白蛋白,在尿液中糖基化可以寻找到更多有意义的低丰度糖蛋白,因此在对人的生理变化、疾病诊断当中发挥更大的作用。修饰的改变主要包括两个方面:1)多肽链上糖基化结合位点的改变;2)寡糖链结构的改变。研究发现,在妊娠过程中,血清中糖基化发生了改变,在有糖尿病、肾病等疾病妊娠患者中发生异常变化。
不过,目前糖基化改变在妊娠的发展还没有一个完整的了解,这些改变或许对妊娠诊断的指示有所帮助。
生物芯片现已成为快速、高效、高通量取得相关信息的重要手段。随着糖生物学及糖组学研究的进展,糖芯片正发展成为糖生物学及糖组学新兴的检测工具。凝集素芯片检测样品用量少、高通量、灵敏度极高,并且可以与多种检测手段整合使用,可以快速、准确检测出待测样本中糖蛋白糖链的差异,因而可大大提生物芯片结果检测、分析的速度和效率。
凝集素芯片是通过固定于芯片上的凝集素探针与样品中糖蛋白糖链特异性结合,可以高通量地检测出样品中糖蛋白糖链结构和连接方式的变化,是研究糖蛋白糖链结构变化最有效的分析工具之一。
发明内容
本发明的目的在于获得一种简便、准确的鉴别秦岭川金丝猴妊娠的方法,申请人最终通过对秦岭川金丝猴的尿液糖蛋白糖链进行大量的分析、实验,提出了一种特定凝集素探针组合,可用于快速鉴别尿液中糖蛋白糖链的变化,以此有效鉴别秦岭川金丝猴的妊娠状况。
该特定凝集素探针组合是PSA、BS-I、GSL-II、DBA和PHA-E+L的组合。当样本检测结果为PSA、BS-I和GSL-II表达上调,且DBA和PHA-E+L表达下调,则表明相应主体在取样时处于妊娠期。
该凝集素探针组合可用于制备基于尿蛋白糖型鉴别秦岭川金丝猴妊娠的试剂盒,试剂盒中的凝集素芯片上点制有所述凝集素探针组合。
进一步的,凝集素芯片上可以增加凝集素LTL和WGA作为内参。
利用该凝集素探针组合,基于尿蛋白糖型鉴别秦岭川金丝猴妊娠的方法,包括以下步骤:
1)取待检秦岭川金丝猴尿液样本,进行蛋白质富集、荧光标记;
2)取凝集素芯片,并利用封闭缓冲液对其完成封闭;所述凝集素芯片至少点制有以下五种凝集素:PSA、BS-I、GSL-II、DBA和PHA-E+L;
3)将荧光标记的尿液蛋白与孵育缓冲液混匀,然后与凝集素芯片完成孵育;
4)扫描凝集素芯片,分析得出对应于所述五种凝集素的糖链表达是否发生显著变化:若样本检测结果为PSA、BS-I和GSL-II表达上调,且DBA和PHA-E+L表达下调,则表明相应主体在取样时处于妊娠期。
本发明的优点:
对于秦岭川金丝猴妊娠状况的鉴别,快速、简便、准确,实现成本较低。
附图说明
图1为最初设计的凝集素芯片上凝集素探针布局图;
图2为妊娠成年雌性(P),非妊娠成年雌性(NP)尿液蛋白凝集素芯片荧光检测结果;其中,图2(a)对应于妊娠川金丝猴,即表2中的前6个样本,图2(b)对应于未妊娠川金丝猴,即表2中的最后3个样本。
具体实施方式
1、实验部分
1.1试剂与材料
甘氨酸,磷酸氢二钠,磷酸二氢钠,吐温-20和蛋白酶抑制剂均购自美国Sigma-Aldrich公司。牛血清白蛋白(BSA)购自德国Merck公司。Cy3荧光均购自美国Amerhsma公司。其他化学试剂均为分析纯级别,在使用前没有经过进一步纯化。所有实验用水都为经Milli-Q50纯水系统(美国Millipore公司)处理的超纯水。Sephadex G-25柱脱盐购自美国GE Healthcare公司。芯片杂交盒购自美国Bio-Rad伯乐公司。其它常见玻璃器皿均为国产。37种凝集素(具体名称见表1)分别购自Sigma-Aldrich公司、德国Vector公司。
表1:凝集素名称及其特异识别糖链
Figure BDA0001836937480000041
Figure BDA0001836937480000051
Figure BDA0001836937480000061
1.2实验仪器
电热鼓风干燥箱:天津泰斯特公司;高压灭菌锅:日本TOMY公司;超速冷冻离心机5804R:德国Eppendorf公司;微量核酸蛋白测定仪:德国Implen公司;生物芯片扫描仪4000B:美国Axon公司;芯片点样仪:博奥晶芯SmartArrayer48点样仪;芯片杂交箱HL-2000:美国UVP公司。
1.3研究对象和尿液采集
该实验获得陕西省珍稀野生动物抢救饲养中心的支持,成年雌性金丝猴在5岁以上,2016年12月和2017年2月收集尿液各数例(表2)。
表2:成年妊娠雌性、成年非妊娠雌性情况表
Figure BDA0001836937480000062
1.4尿液混合及荧光标记
为了消除采集时间上的差异,取相同个体不同时间收集的样品进行混样,进行混合,用3KD超滤膜滤过样本进行蛋白质富集,然后用Brandford法蛋白定量。混合样本经Cy3荧光染料标记后用Sephadex G-25除盐柱去掉游离荧光。标记好的蛋白准备用于凝集素芯片孵育。
1.5凝集素芯片和数据分析
1.51凝集素芯片的制备
将玻片用无水乙醇清洗三次,每次10min。离心机中甩干玻片。浸泡入250mL 10%NaOH溶液中,避光,摇床上反应12h后超声15min。然后用超纯水清洗四次,每次2min,无水乙醇清洗两次,每次2min。甩干。再将玻片浸泡到200mL 10%GPTS溶液中,避光,摇床上孵育反应3h,对玻片进行环氧化修饰。超声清洗15min,无水乙醇清洗三次,每次10min。甩干后将玻片置于37℃真空干燥箱中,干燥3h。最后将环氧化玻片放置于室温干燥器中保存备用。
设计凝集素芯片矩阵(图1),选用1mg/mL BSA作阴性质控,Cy3荧光染料标记的BSA作位置标记,与37种凝集素共同构成12×10矩阵,每种凝集素重复点样3次,每张芯片上重复4个矩阵。在384孔板中按矩阵设计顺序依次加入配制好的点样液,使用博奥晶芯48点样仪的针点系统,在环氧修饰片基上点制芯片。在室温且湿度为55%~65%的环境中孵育6h后,37℃真空干燥芯片,使凝集素固定于芯片上。将制备好的凝集素芯片放置于4℃干燥器,避光保存,备用。
1.52凝集素芯片的孵育及数据分析
(1)凝集素芯片的封闭
将点制好的凝集素芯片从4℃干燥器中取出,回温。首先用PBST、PBS各清洗玻片一次,每次5min,离心甩干。将凝集素芯片与700μl封闭缓冲液在芯片杂交盒中孵育,25℃旋转反应1h。封闭结束后用PBST、PBS各清洗玻片两次,每次5min,甩干。用Genepix4000B芯片扫描仪扫描封闭后芯片,检查封闭效果。
(2)尿液样本的凝集素芯片检测
将荧光标记的尿液蛋白4μg与孵育缓冲液混匀(比例约1:9),每个样品混匀后在盖玻片均匀加入120μl,盖上封闭后的凝集素芯片,于芯片杂交仪中25℃避光旋转孵育3h。孵育结束后用PBST、PBS各清洗玻片两次,每次5min,离心甩干。
(3)数据的扫描与分析
使用Genepix4000B芯片扫描仪扫描芯片,结果如图2所示。GenePix7.0软件从芯片扫描结果图圈点分析后,导出GPR文件,根据其中的数据信息进行分析。原始数据中小于一倍背景标准偏差的值去掉,每张芯片上每个样本三个重复点的有效值再取平均值(AS),每组平均值表示为组内每个样本平均值(AS)的均值(AG)±标准偏差(SDG)。
2、结果部分
2.1妊娠与非妊娠尿液糖蛋白糖链的变化
利用凝集素芯片分别对妊娠成年雌性、非妊娠成年雌性尿液进行检测,通过专业软件获取芯片数据并归一化处理后,将两组结果进行比较,即每个凝集素对应的归一化后荧光强度(NFI)在妊娠组比非妊娠得到Fold-change值。我们认为Fold-change>2和Fold-change<0.5为成年妊娠雌性相较于非妊娠雌性在尿液中上调和下调表达的糖蛋白糖链。
结果如下:
(1)有34种不同的凝集素对两组尿液糖蛋白糖链均有不同程度的识别,说明在妊娠以后中,尿液中大部分糖蛋白糖链发生变化。
(2)相对于非妊娠个体,有5种凝集素识别的糖链在妊娠个体尿液中差异表达,主要为葡萄糖、岩藻糖化、甘露糖型糖链、半乳糖型的糖链。说明以上糖链识别的糖结合蛋白在妊娠以后,其表达发生显著的变化。
表3:妊娠及非妊娠成年雌性川金丝猴尿液糖蛋白糖链谱的表达
Figure BDA0001836937480000091
Figure BDA0001836937480000101
表中数据表示该组的凝集素芯片结果中每个凝集素妊娠组对应NFI相对于对照组非妊娠NFI的Fold-change值。P,所有妊娠成年雌性川金丝猴;NP,非妊娠成年雌性;―,无显著性差异。
因研究对象珍稀,样本不易采集;基于以上分析结果,申请人后期在秦岭野外进行了多次个体采集、检测,通过一定时间的观察验证,均与表3结果相符。
经过对表3中数据的筛选,选定凝集素LTL、WGA为内参(在任意两组的样本比较中,ratio值均介于1.0-1.1之间,认为该凝集素所识别的糖链在两组之间并无差异)设计了一套用于鉴别妊娠与否的凝集素探针组合。
表4:鉴别妊娠的凝集素探针组合
Figure BDA0001836937480000111
P,妊娠川金丝猴;NP,未妊娠金丝猴;↑,表达上调;↓,表达下调;―:无显著差异。
利用本发明给出的凝集素探针组合,在实际对个体进行检测时,可预先给出以上五种凝集素表达水平的参考阈值,或者选取已知未妊娠金丝猴的样本作为对照样本,来判定表达上调、下调情况。
每次测定建议收集相同环境下已知如未合笼的非妊娠金丝猴的样本作为对照样本,尽可能排除环境因素,将测定的样本重复三次,取均值,来判定表达上调、下调情况。
未妊娠金丝猴的样本参考荧光信号值如下:
妊娠上调:PSA 0.002558;BS-I 0.013057;GSL-II 0.013996;妊娠下调:DBA0.091712;PHA-E+L 0.070312。

Claims (4)

1.一种凝集素探针组合在基于尿蛋白糖型鉴别秦岭川金丝猴妊娠方面的应用,其特征在于:所述凝集素探针组合为PSA、BS-I、GSL-II、DBA和PHA-E+L的组合;若样本检测结果为PSA、BS-I和GSL-II表达上调,且DBA和PHA-E+L表达下调,则表明相应主体在取样时处于妊娠期。
2.权利要求1中所述的凝集素探针组合在制备基于尿蛋白糖型鉴别秦岭川金丝猴妊娠的试剂盒的用途,试剂盒中的凝集素芯片上点制有所述凝集素探针组合。
3.根据权利要求2所述的用途,其特征在于:所述凝集素芯片上还点制有凝集素LTL和WGA,作为内参。
4.一种基于尿蛋白糖型鉴别秦岭川金丝猴妊娠的方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)取待检秦岭川金丝猴尿液样本,进行蛋白质富集、荧光标记;
2)取凝集素芯片,并利用封闭缓冲液对其完成封闭;所述凝集素芯片至少点制有以下五种凝集素:PSA、BS-I、GSL-II、DBA和PHA-E+L;
3)将荧光标记的尿液蛋白与孵育缓冲液混匀,然后与凝集素芯片完成孵育;
4)扫描凝集素芯片,分析得出对应于所述五种凝集素的糖链表达是否发生显著变化:若样本检测结果为PSA、BS-I和GSL-II表达上调,且DBA和PHA-E+L表达下调,则表明相应主体在取样时处于妊娠期。
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