CN110343750A - 用于检测外泌体中核酸表达水平的内参基因及其应用 - Google Patents

用于检测外泌体中核酸表达水平的内参基因及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了内参基因在制备用于检测目的基因在外泌体中的表达水平的试剂或试剂盒中的应用，以及一种内参基因组合和该内参基因组合在制备用于检测目的基因在外泌体中的表达水平的试剂中的应用。本发明还提供了一种试剂组合，以及一种检测目的基因在外泌体中表达水平的方法。与外源参照基因相比，利用本发明的内参基因组合所获得的检测结果准确度更高。

Description

用于检测外泌体中核酸表达水平的内参基因及其应用
技术领域
本发明属于生物技术领域。具体地，本发明涉及内参基因及其应用。更具体地，涉及用于检测外泌体中核酸表达水平的内参基因及其应用。
背景技术
基因表达在生命科学领域有广泛的应用。基因表达量检测对基因功能解析和寻找与特定表型和疾病相关基因具有重大意义，找到影响功能基因表达量的因素对解析相关疾病的成因和寻找适合的治疗方法具有重要的指导作用。应用较为广泛的基因表达量检测方法包括实时荧光定量PCR(Quantitative real-time RT-PCR，qRT-PCR)、RNA印迹(Northernblotting)、核糖核酸酶保护分析(ribonuclease protection assay，RPA)、基因芯片(genechip)等。为获得更加准确可信的结果，需要内参基因对目的基因的表达水平进行标准化衡量。
聚合酶链式反应技术(简称PCR技术)具有耗时短、特异强、灵敏高等特点，被广泛应用于基因表达的定量分析。PCR技术的灵敏度高，但容易出现假阳性、假阴性的检测结果。内参基因作为PCR反应的内部参照，具有校准样品量和反转录效率的作用，可以提高试验数据的准确性。理想的内参基因在样本中表达稳定。因此，利用PCR对目的基因进行相对定量的准确性依赖于内参基因。
细胞外囊泡中最重要的一种囊泡叫做外泌体。外泌体(Exosome)是一类直径30-150nm，具有完整膜结构的细胞外囊泡，主要负责细胞间的物质运输和信息传递。外泌体在1983年被发现，1987年正式被定名为exosome，最早被认为是细胞的废弃物。后来的研究表明，外泌体中包裹有细胞特异的核酸、蛋白与脂类，并能作为信号分子向其他细胞传递信息。更进一步的研究发现，外泌体在很多生理病理过程中扮演着重要的角色，如免疫中的抗原呈递，肿瘤的生长与迁移等。
外泌体中核酸表达谱是目前研究的热点领域。外泌体核酸的差异表达往往指示着细胞不同的生理状态，不仅能为临床诊断提供有效的标志物，同时能够从机制上解释肿瘤等疾病的进展过程。荧光PCR技术是鉴定核酸差异表达的一种重要方法。将核酸反转录后得到的cDNA加入到PCR反应体系中，通过比较目的基因CT值与内参基因CT值的差异，从而对待检测的目的基因进行相对定量，来了解该目的基因的表达情况。然而，相比于组织或者细胞的核酸，外泌体中核酸的丰度非常低，往往都不会高于10ng。由于外泌体中核酸含量过低，导致在荧光PCR检测目的基因在外泌体中的表达时，经常出现数据重复性不佳等情况，其中的一个重要原因就是目前外泌体核酸研究中，没有稳定的内参来校准目的基因的表达。
因此，目前对于用于检测基因在外泌体中表达水平的稳定的内参基因或内参基因组合仍存在迫切需求。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明人通过大量研究实验，发现了一组稳定的内参基因，由该内参基因构成的内参基因组合可以用于检测目的基因在外泌体中的核酸表达水平。此外，本发明人通过进一步对内参基因的外显子进行优选，发现了可以更准确地检测目的基因在外泌体中相对表达量的内参基因外显子。
因此，本发明的目的之一在于提供在外泌体中稳定表达的内参基因外显子。本发明的目的还在于提供一种内参基因组合，所述内参基因组合包括基因ACTB、EEF2、MSN和TLN1。另外，本发明的目的还在于提供上述内参基因和内参基因组合在检测目的基因在外泌体中的表达水平中的应用。
一方面，本发明提供内参基因在制备用于检测目的基因在外泌体中的表达水平的试剂或试剂盒中的应用，其中，所述内参基因选自ACTB基因的6号外显子、EEF2基因的15号外显子、MSN基因的4号外显子或TLN1基因的57号外显子。
另一方面，本发明提供一种内参基因组合，其中，所述内参基因组合包括ACTB、EEF2、MSN和TLN1基因。
在一个具体实施方案中，ACTB基因选自其1、2、3、4、5和6号外显子，更优选选自其4、5和6号外显子，特别优选其6号外显子。
在一个具体实施方案中，EEF2基因选自其1、2、12、13、14和15号外显子，更优选选自其1、12和15号外显子，特别优选其15号外显子。
在一个具体实施方案中，MSN基因选自其1、2、3、4、12和13号外显子，更优选选自其1、4号和12号外显子，特别优选其4号外显子。
在一个具体实施方案中，TLN1基因选自1、2、3、27、56和57号外显子，更优选选自其1、27号和57号外显子，特别优选其57号外显子。
在一个具体实施方案中，内参基因组合用于检测目的基因在外泌体中的表达水平。
另一方面，本发明提供如上所述的内参基因组合在制备用于检测目的基因在外泌体中的表达水平的试剂中的应用。
另一方面，本发明提供一种试剂组合，包括特异性扩增上述内参基因组合中各基因的引物对1～4，其中，引物对1用于扩增ACTB基因，引物对2用于扩增EEF2基因，引物对3用于扩增MSN基因，引物对4用于扩增TLN1基因。
在一个具体实施方案中，引物对由上游引物和下游引物组成。
在一个具体实施方案中，引物对1的核苷酸序列如SEQ ID NO：1和SEQ ID NO：2所示，引物对2的核苷酸序列如SEQ ID NO：3和SEQ ID NO：4所示，引物对3的核苷酸序列如SEQID NO：5和SEQ ID NO：6所示，引物对4的核苷酸序列如SEQ ID NO：7和SEQ ID NO：8所示。
在一个具体实施方案中，试剂组合还包括探针。
在一个具体实施方案中，试剂组合是用于检测目的基因在外泌体中表达水平的试剂盒。
另一方面，本发明提供一种检测目的基因在外泌体中表达水平的方法，包括：
1)利用上述试剂组合，获得内参基因的CT值，所述内参基因包括ACTB、EEF2、MSN和TLN1；
2)将内参基因的CT值带入公式模型，获得CONCT值，所述公式模型为：CONCT＝0.7×ACTBCT+0.1×EEF2CT+0.1×MSNCT+0.1×TLN1CT，
其中，ACTBCT代表ACTB的CT值，EEF2CT代表EEF2的CT值，MSNCT代表MSN的CT值，TLN1CT代表TLN1的CT值；
3)获得目的基因的CT值；
4)用3)中获得的目的基因的CT值减去2)中获得的CONCT值，得到△CT值，获得目的基因在外泌体中的表达水平。
在一个具体实施方案中，表达水平是相对表达量。
本发明的内参基因组合中的基因表达稳定性高，重复性强，具有广泛的适用性。利用本发明的内参基因组合，通过进一步对外显子进行优选，可以准确地检测目的基因在外泌体中的相对表达量。与外源参照基因(spiked-in control)相比，利用本发明的内参基因组合所获得的检测结果准确度更高。
本发明的方法提高了PCR检测的检测效率，并提高了检测结果的可信度。
此外，本发明人所设计的引物特异性强，提高了扩增效果以及检测效率，获得的检测结果具有高可信度。
附图说明
图1为PCR反应程序参数。
图2为ACTB基因的1、2、3、4、5和6号外显子的CT值。
图3为EEF2基因的1、2、12、13、14和15号外显子的CT值。
图4为MSN基因的1、2、3、4、12和13号外显子的CT值。
图5为TLN1基因的1、2、3、27、56和57号外显子的CT值。
图6为10例入组样本在三组不同外显子组合(组合1、组合2和组合3)下的CONCT值。
图7为PTEN基因在三种细胞(前列腺癌细胞系PC3和LNCap，以及前列腺正常细胞系RWPE1)的细胞中和外泌体中的相对表达量，其中，外泌体中PTEN基因的相对表达量检测分别用基因组合的CONCT模型和外源spike-in作为内参。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件的实验方法，系按照本领域已知的常规条件，或按照制造厂商所建议的条件进行操作。
本说明书中所述“CT值”是指PCR反应过程中，每个反应管内的荧光信号达到设定的阈值时所经历的循环数，其中C代表Cycle，T代表threshold。
良好的内参需要符合以下几点：第一，尽量避免选择在外泌体中存在片段化和异质性的基因作为内参；第二，在不同来源的外泌体中，内参基因不同外显子的表达量都要相对稳定；第三，在稳定表达的前提下，荧光PCR检测得到的CT值应该尽量小(CT值越小代表表达量越高)。
基于以上原则，本发明人通过大量实验以及统计分析，并结合临床样本的诊断结论，获得了一种多基因组合的内参模型，该模型中包含了4个基因，分别为ACTB、EEF2、MSN和TLN1，该4个基因的CT值分别对应不同系数，从而整合成一个公式模型。具体模型为CONCT＝0.7×ACTBCT+0.1×EEF2CT+0.1×MSNCT+0.1×TLN1CT。在目的基因表达水平的检测过程中，用目的基因的CT值减去CONCT值，获得△CT值，进而获得目的基因的表达水平。
本发明中涉及的基因的详细信息如下：
ACTB，基因全名actin beta，共6个外显子；
EEF2，基因全名eukaryotic translation elongation factor 2，共15个外显子；
MSN，基因全名moesin，共13个外显子；
TLN1，基因全名talin 1，共57个外显子。
实验表明，与加入外源基因作为参照相比，利用上述模型可以更准确地检测目的基因的表达量。
实施例1
本发明人通过以下实验，根据内参基因不同外显子的CT值稳定性，对基因的不同外显子进行了优化，获得了各内参基因的优选外显子。
针对每个基因外显子设计引物：其中ACTB覆盖1、2、3、4、5和6号外显子；EEF2覆盖1、2、12、13、14和15号外显子；MSN覆盖1、2、3、4、12和13号外显子；TLN1覆盖1、2、3、27、56和57号外显子。
收集15例临床诊断患有不同疾病的患者的血液样本，并对入组样本进行如下处理：用外泌体提取试剂盒(QIAGEN公司：exoEasy Maxi Kit)，将样本血清中的总外泌体提取出来。随后将提取的外泌体，利用核糖核酸抽提试剂盒(QIAGEN公司：miRNeasy MicroKit)，将外泌体中全部的核糖核酸进行提取。提取后的核糖核酸，用反转录试剂盒(Takara公司：PrimeScriptTMII 1st Strand cDNA Synthesis Kit)，将核糖核酸转化成cDNA。将cDNA加入到包含不同引物和探针的荧光PCR反应液中。将混合好的反应液放入荧光PCR仪器(Thermofisher公司：AB7500荧光PCR仪)，设置反应程序如图1，进行荧光定量PCR反应。反应完成后，读取每个反应孔的CT值，分别获得ACTB、EEF2、MSN和TLN1基因不同外显子的CT值。
各个基因不同外显子的CT值的统计结果如图2至图5所示。由图2～5可以看出，ACTB基因序列的4-6号外显子，EEF2基因序列的1、12和15号外显子，MSN基因序列的1、4号和12号外显子，TLN1基因序列的1、27号和57号外显子的稳定性更好，并且CT值相比于其他外显子更低。
因此，基于以上实验结果，确定以下外显子为内参基因组合中的优选外显示子：ACTB基因序列的4-6号外显子；EEF2基因序列的1、12和15号外显子；MSN基因序列的1、4号和12号外显子；TLN1基因序列的1、27号和57号外显子。
实施例2
为了进一步优化内参基因组合的公式模型，本发明人进行了以下研究实验，比较了当选择不同外显子组合时，内参模型的差异。其中，内参模型为CONCT＝0.7×ACTBCT+0.1×EEF2CT+0.1×MSNCT+0.1×TLN1CT。
组合1：ACTB选择6号外显子，EEF2选择15号外显子，MSN选择4号外显子，TLN1选择57号外显子。
组合2：ACTB选择5号外显子，EEF2选择12号外显子，MSN选择12号外显子，TLN1选择27号外显子。
组合3：ACTB选择4号外显子，EEF2选择1号外显子，MSN选择1号外显子，TLN1选择1号外显子。
用10例临床诊断患有不同疾病的患者的血液样本，比较在以上三种组合(组合1、组合2和组合3)的情况下，内参模型的实验结果，如图6所示。具体的样本处理方法参见实施例1。
由图6可以看出，组合1的CONCT值最小，为31.23；组合2的CONCT值居中，为31.37；组合3的CONCT值最大，为31.53。并且，组合3的标准差最小，为0.53；组合1的标准差居中，为0.56；组合2的标准差最大，为0.59。
因此，根据各个外显子组合的CONCT值以及标准差，确定组合1为更优选的组合。
实施例3
本发明人比较了加入外源参照基因(由一段合成的GH1(growth hormone 1)基因的mRNA，序列如SEQ ID NO：22所示)与CONCT模型(组合1)在外泌体中目的基因表达量分析中的优劣。
选择在前列腺癌细胞中表达量高的PTEN基因作为验证靶点。细胞RNA的内参基因选择公认的GAPDH，外泌体中PTEN表达量检测分别用CONCT模型和外源spike-in作为内参。
前列腺癌细胞系PC3和LNCap以及前列腺正常细胞系RWPE1连续培养48小时后，将三种细胞计数至2×108并收集三种细胞和对应的细胞上清(细胞上清中含有外泌体)。用细胞RNA提取试剂盒(天根生化公司：培养细胞/细菌总RNA提取试剂盒，货号DP430)提取细胞的总RNA。用外泌体提取试剂盒和外泌提RNA提取试剂盒提取对应的细胞上清中的总RNA。将提取的细胞和对应的上清外泌体中的RNA进行反转录后进行荧光PCR实验。结果参见图7。
其中，CONCT组合1模型中每个基因及PTEN(phosphatase and tensin homolog，1号外显子)、GAPDH(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase，1号外显子)和spike-in的引物和探针序列如表1所示：
由图7可以看出，在细胞中，PTEN在两种前列腺癌细胞系中的表达量高于前列腺正常细胞系约5-7倍。在外泌体中，用CONCT模型做内参的情况下，PTEN在两种肿瘤细胞上清外泌体中的表达量远高于正常细胞上清外泌体中的表达，同样在5.5-6.5倍之间，与肿瘤细胞自身比较的结果相近；而用spike-in外源性核酸做参比的情况下，PTEN在PC3细胞上清外泌体中表达量比RWPE1高出约1倍，在LNCap中无显著表达差异。
上述结果表明，用CONCT内参模型在外泌体中目的基因的相对表达量检测中具有与细胞中相近的结果趋势，效果优于用spike-in外源参考核酸。
*实施例中使用的入组样本如表2所示：
表2.
虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。本领域技术人员可以在形式上和细节上对其作各种改变，包括做出若干简单推演或替换，而不偏离本发明的精神和范围。
序列表
<110> 宽盈医疗科技（上海）有限公司
<120> 用于检测外泌体中核酸表达水平的内参基因及其应用
<160> 22
<170> SIPOSequenceListing 1.0
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Claims (12)

1.内参基因在制备用于检测目的基因在外泌体中的表达水平的试剂或试剂盒中的应用，其中，所述内参基因选自ACTB基因的6号外显子、EEF2基因的15号外显子、MSN基因的4号外显子或TLN1基因的57号外显子。
2.一种内参基因组合，其中，所述内参基因组合包括ACTB、EEF2、MSN和TLN1基因。
3.根据权利要求2所述的内参基因组合，其中，所述ACTB基因选自其1、2、3、4、5和6号外显子；所述EEF2基因选自其1、2、12、13、14和15号外显子；所述MSN基因选自其1、2、3、4、12和13号外显子；所述TLN1基因选自1、2、3、27、56和57号外显子。
4.根据权利要求2所述的内参基因组合，其中，所述ACTB基因选自其4、5和6号外显子；所述EEF2基因选自其1、12和15号外显子；所述MSN基因选自其1、4号和12号外显子；所述TLN1基因选自其1、27号和57号外显子。
5.根据权利要求1所述的内参基因组合，其中，所述ACTB基因选自其6号外显子；所述EEF2基因选自其15号外显子；所述MSN基因选自其4号外显子；所述TLN1基因选自其57号外显子。
6.根据权利要求2～5中任一项所述的内参基因组合，其中，所述内参基因组合用于检测目的基因在外泌体中的表达水平。
7.权利要求2～5中任一项所述的内参基因组合在制备用于检测目的基因在外泌体中的表达水平的试剂中的应用。
8.一种试剂组合，包括特异性扩增权利要求2所述的内参基因组合中各基因的引物对1～4，其中，引物对1用于扩增ACTB基因，引物对2用于扩增EEF2基因，引物对3用于扩增MSN基因，引物对4用于扩增TLN1基因。
9.根据权利要求8所述的试剂组合，其中，引物对1的核苷酸序列如SEQ ID NO：1和SEQID NO：2所示，引物对2的核苷酸序列如SEQ ID NO：3和SEQ ID NO：4所示，引物对3的核苷酸序列如SEQ ID NO：5和SEQ ID NO：6所示，引物对4的核苷酸序列如SEQ ID NO：7和SEQ IDNO：8所示。
10.根据权利要求8或9所述的试剂组合，所述试剂组合还包括探针。
11.根据权利要求8或9所述的试剂组合，所述试剂组合是用于检测目的基因在外泌体中表达水平的试剂盒。
12.一种检测目的基因在外泌体中表达水平的方法，包括：
1)利用权利要求8或9所述的试剂组合，获得内参基因的CT值，所述内参基因包括ACTB、EEF2、MSN和TLN1；
2)将内参基因的CT值带入公式模型，获得CONCT值，所述公式模型为：CONCT＝0.7×ACTBCT+0.1×EEF2CT+0.1×MSNCT+0.1×TLN1CT，
其中，ACTBCT代表ACTB的CT值，EEF2CT代表EEF2的CT值，MSNCT代表MSN的CT值，TLN1CT代表TLN1的CT值；
3)获得目的基因的CT值；
4)用3)中获得的目的基因的CT值减去2)中获得的CONCT值，得到△CT值，获得目的基因在外泌体中的表达水平。
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