CN113373226B - 血液肿瘤预后相关基因的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了血液肿瘤预后相关基因的应用。本发明提供PTPRM基因、SMAD1基因、CCNJ基因和/或TMPRSS15基因在制备用于血液肿瘤辅助诊断、预后评估的产品中的应用;上述的基因的高表达与良好的预后有直接的关联,通过检测基因的表达量,可以定性评估病人预后的变化情况,对后期临床干预提供指导意义。

Description

血液肿瘤预后相关基因的应用
技术领域
本发明属于生物医药技术领域,具体涉及血液肿瘤预后相关基因的应用。
背景技术
急性淋巴细胞白血病(Acute Lymphoblastic Leukemia,ALL)是由造血和淋巴组织,特别是骨髓、脾和淋巴结中淋巴母细胞的无限增殖引起的进行性血液恶性肿瘤。ALL是儿童最常见的白血病类型,其中来源于B系白血病细胞的ALL(B-ALL)占80%。尽管现有的治疗使80%以上的儿童得以治愈,但ALL的复发仍然是导致儿童死亡的主要原因。成人ALL患者的发病率低于儿童,占急性白血病的15%~25%。然而,成人ALL患者生物学特征多样、临床异质性大、治疗效果差。随着年龄的增长,与结局良好相关的基因变异下降,与结局不良相关的变异如BCR-ABL1越来越普遍。
VDCLP是目前常用的用于治疗成人ALL的联合化疗方案,包括长春新碱、蒽环/蒽醌类药物、糖皮质激素、环磷酰胺、左旋门冬酰胺酶或培门冬酶,但长期疗效并不满意,长期生存率仅为30%~40%。60%以上的急性淋巴细胞白血病存在遗传学异常,这些异常对患者疾病的发生、治疗及预后均具有一定的意义。
寻找与ALL预后直接关联的生物标志物,以准确实时评判患者的生存及复发情况,则需要更进一步的研究。
DUX4位于人类4号或10号染色体长臂亚端粒区域的D4Z4重复序列内,在正常体细胞内不表达,其异常高表达时会导致面肩肱型肌营养不良症(FSHD)的发生。日本的科研团队在2016年3月最先报道了DUX4-IGH融合基因的发现,进一步实验表明,DUX4-IGH与ERG的异常转录高度相关,大部分患者存在ERGalt的表达,而所有ERG异常调控的患者中都存在DUX4-IGH融合基因,提示ERGalt是白血病发生中的一个重要的二次打击事件。同时发现在ERG异常的病人中,PCDH17、PTPRM、AGAP1等基因异常高表达。
发明内容
本发明的目的是提供血液肿瘤预后相关基因及其应用。
具体的,本发明提供PTPRM基因、SMAD1基因、CCNJ基因和/或TMPRSS15基因在制备用于血液肿瘤辅助诊断、预后评估的产品中的应用。
优选,所述的产品为用于检测PTPRM基因、SMAD1基因、CCNJ基因和/或TMPRSS15基因表达量的产品。
优选,所述的血液肿瘤预后评估为:高表达PTPRM基因、SMAD1基因、CCNJ基因和/或TMPRSS15基因的患者倾向于表现良好的预后。
优选,所述的血液肿瘤为急性B淋巴细胞白血病。
DUX4-IGH融合基因的异常表达调控了下游一系列基因的异常表达,而这些基因的高表达与良好的预后有直接的关联,通过检测下游相关靶基因的表达量,可以定性评估病人预后的变化情况,对后期临床干预提供指导意义。
附图说明
图1是在B-ALL中基于结构的RNA测序揭示新的预后标志物;a.在含有DUX4/IGH或突变体的Reh细胞中差异表达基因的热图,已发表的来自DUX4/IGH B-ALL患者的RNA-seq数据集用于交叉验证;b.16个DUX4/IGH特征基因的LASSO回归分析;c.根据DUX4/IGH特征基因评分,BCP-ALL检测队列的总生存率(OSR)Kaplan-Meier曲线;d,e,f,g.DUX4/IGH靶基因的预后分析,PTPRM(d)、SMAD1(e)、CCNJ(f)、TMPRSS15(g)低表达(正方形)、中表达(三角形)和高表达(圆形)患者的5年OSR曲线;采用基于结构的RNA-seq分析筛选出的36个基因对B-ALL患者进行预后分析(n=421),根据标记基因的表达情况,以一个标准差(SD)分级将患者分为三个亚组,危险比(HRs)的范围也包括在内,用Kaplan Meier法估计生存曲线,用双侧log-rank检验进行比较。
图2是B-ALL测试集的预后分析流程图。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明,而不是对本发明的限制。
实施例1
1、RNA-Seq样品的准备
(1)载体的构建
目的基因片段的获取:DUX4/IGH基因模板均来自上海血液学研究所,这些模板基因片段均是B-ALL病人样本中获得的cDNA序列,然后通过限制性酶切位点构建到相应的载体上(已测序正确);依据上述目的片段序列根据实验目的和需求设计特异性的引物进行载体变换、基因扩增和突变构建。具体过程为:
a.分析确定好目的序列后,按实验需求设计特异性的引物(如表1),如向目的序列中引入限制性酶切位点(注意分析目的序列或者目的片段内是否存在所选取的酶切位点),特异性标签以及突变等,之后进行PCR扩增(PCR组分体系及PCR反应程序如表2、3)。
表1载体构建引物设计
Figure BDA0003113280690000031
表2 PCR组分体系(50μL体系)
Figure BDA0003113280690000032
表3 PCR反应程序步骤
Figure BDA0003113280690000041
b.通过上述PCR扩增后,获得带有特异性引物所赋予的特异序列,如保护碱基、酶切位点、标签序列等;用与上述目的片段相同的限制性内切酶对相应的目的载体进行酶切,并通过1%的核酸胶凝胶电泳分离纯化。
c.将上述电泳完毕的核酸胶于成像仪紫外光下观察条带大小,将目的片段条带和酶切后切开的载体切胶回收;向上述装有胶块的EP管中加入溶胶液,然后放在55℃条件进行加热溶胶,充分颠倒混匀,每隔5min取出观察胶块是否完全溶解;待其完全溶解后置于室温下冷却5~10min。
d.将上述冷却的胶回收液用胶回收试剂盒进行胶回收:将溶胶液加入吸附柱中,7000rpm离心1min,弃下液;待溶胶液全部经过吸附柱后向吸附柱中加入PW液(注意是否已加入了相应体积的无水乙醇)清洗两次,12000rpm,1min;在最后一次离心弃掉PW液后,将吸附柱置于离心管中最高转速空离5min。换新离心管,将吸附柱和新离心管烘干7min以便除去残留的乙无水乙醇;随后向吸附柱中加入已经预热至55℃的无菌水,室温静置冷却5min后12000rpm,5min离心取下液即为回收的目的质粒或者目的片段溶液。
e.由于在引物设计时引物酶切位点两个端点处均含有保护碱基,因此需要回收的目的序列用相应的限制性内切酶消化,再加入对应的酶和酶切buffer后在37℃培养箱中消化2h。然后直接向反应完成的酶切体系中加入溶胶液进行溶液回收。至此,若所进行实验为载体变换,则只需要将酶切回收好的载体和目的片段按摩尔比1:5~1:10用T4连接酶于16℃恒温培养箱中连接;以本实验室常用的solution I连接酶为例,在连接反应进行约2h后取出反应管,然后进行连接产物的转化步骤。随后挑取获得的单克隆送测序,如果所进行的实验为点突变实验,则还需要进行后续实验。
通过同源重组获得相关突变构建实验。一般若是所要构建的载体上的酶切位点均在目的片段上存在,那么用传统的点突变方案酶切连接的方法显然行不通,这时候要么改造载体,要么对目的片段的酶切位点进行无义突变;但这两种方案相对来说比较复杂,而且可能会对目的载体和片段的表达产生一定的影响。在这里我们采用一种新的突变方案,以
Figure BDA0003113280690000051
(Vazyme)快速克隆技术为例来说明:引物设计与常规设计有所不同,
Figure BDA0003113280690000052
II引物设计总的原则是通过在引物5’端引入线性化克隆载体末端同源序列其后再加上目的片段的端点处序列,这样使得插入片段的扩增产物5’和3’末端分别带有和线性化克隆载体的两末端对应且完全相同的序列(15bp~20bp)。然后可按上述步骤中的PCR体系和反应程序进行扩增和纯化,这种克隆技术可以将目的片段定向克隆至载体的任意两个酶切位点(目的片段不需要酶切)。这种两端带有载体末端序列的目的片段产物和线性化后的克隆载体(按上述步骤中的凝胶电泳和胶回收方法纯化线性化后的载体)按一定比例混合后,在重组酶
Figure BDA0003113280690000053
的催化下于37℃反应30min,在反应完成后立即将反应管进行冰浴处理至少5min,随后将全部产物按照上述连接产物的后续步骤进行后续的操作过程(引物设计见表1)。
(2)RNA提取
实验材料:Trizol,灭菌EP管,无水乙醇,进口枪头,小型高速离心机。
实验过程中请戴口罩,以免RNA降解;最好在人比较少的地方如细胞间进行RNA提取。
实验方法:
a.收集细胞,按照1×106个细胞用1mL的Trizol裂解,并迅速的振荡混匀,室温静置5min。
b.在上述裂解液中加入1/5体积的氯仿(RNA专用),振荡混匀后室温静置15min后在高速离心机中4℃离心,12000rpm,15min。
c.取上清(防止DNA以及蛋白的污染),吸取中间层。
d.向上述获得上清中加入等体积的异丙醇,振荡混匀后室温静置10min。随后在高速离心机中4℃离心,12000rpm,15min,弃上清。
e.加入与Trizol等体积的70%的DEPC水配制的乙醇清洗2次,高速离心机中4℃离心,12000rpm,15min,弃上清。
f.吸净上述上清后将沉淀在超净台晾干(约15min),最后向沉淀中加入30-40μL的DEPC水溶解,室温约1h,测OD值,长期保存于-80℃。
(3)假病毒包装实验
以10cm培养皿为例,转染细胞为HEK 293T细胞;正常情况下,为了保证转染效率同时避免质粒的浪费,建议一个10cm培养皿转染的目的质粒的质量比例为:目的质粒15μg,PSPA×2质粒9μg,PMD2.g质粒6μg,RSV质粒6μg。用灭菌的EP管加入计算好的目的质粒后再加入转染缓冲液试剂按500μL的HBS缓冲液/dish,静置混匀5min,定义此混合体系为A体系;随后以PEI(1mg/mL)工作浓度和PEI体积(μL):质粒用量(μg)为1:4的比例来确定PEI的用量,如一个10cm培养皿的转染需加入72μL的PEI进行转染实验,随后加入500μLHBS/dish,静置混匀5min,定义此混合体系为B体系。然后将上述的B体系的混合溶液加入到A体系中,混匀后静置20min;静置完成将转染试剂、缓冲液与质粒加入待转染的细胞中,并轻轻划十字混匀。4-6h后将转染的细胞的培养基吸出弃掉,然后用PBS润洗2遍后加入新鲜的培养基(含有1%的终浓度的青链霉素双抗)与37℃恒温箱以及5%的CO2环境中培养。(说明:若是采用
Figure BDA0003113280690000061
2000作为转染试剂,一般转染缓冲液采用opti-MEM,操作步骤与上述一致。)
(4)病毒感染实验(以感染Reh细胞,6孔板为例)
a.配制感染体系:悬浮细胞用RPMI培养基,20%FBS、16ug/mL的polybree混合体系,置于37℃升温10min。
b.将用PBS离心(700rpm,5min)清洗两遍后的Reh细胞用上述试剂按1mL/孔的体积重悬。
c.将各孔标记上待感染的假病毒后,依次分别加入1mL病毒/孔,随后离心感染;1200g,离心感染90min后置于37℃培养箱中。
d.第一次感染24h后,重复上述感染步骤进行复染,终体系为10%的FBS、8ug/mL的polybree。
e.复染24h后,观察记录细胞状态并检测感染效率。
2、RNA-Seq分析
如上所述,LEGO-HA-DUX4/IGH载体和基于结构的衍生物(即N69A/144A、H78A/E93R、R76/R79A/R80A)在Reh细胞中表达。使用Trizol试剂盒(Invitrogen)提取总RNA,然后使用安捷伦2100生物分析仪(Thermo Fisher Scientific)进行定量。使用BGI说明准备测序文库,并在BGIseq-500上测序。
使用Hisat2(版本2.0.5),使用默认参数,将未经过滤的原始RNA-seq读数与人类参考基因组hg19进行比对,并导入到DESeq213中进行差异基因表达分析(|log2(Foldchange)|>1,p值<0.01)。使用R包、clusterProfiler对DEG进行基因本体分析。通过GSEA16(版本4.0.3)进行基因集富集和通路分析。来自421名B-ALL患者的已公布预后数据用于评估DUX4/IGH靶基因的总体存活率。生存曲线用Kaplan-Meier方法估算,通过双侧log-rank检验进行比较,并通过R绘制(版本3.6.2)。
3、DUX4/IGH靶基因中的DRE重复序列分析
使用三个ChIP-seq数据集来分析校正后的DRE 5'-TAGT/TTA-3':人类野生型DUX4(GEO编号:GSE75791)、小鼠野生型DUX(人类DUX4同源物,GEO编号:GSE87279)来自成肌细胞,人DUX4/IGH(EGA登录:EGAS00001001923)来自白血病细胞系NALM-6和Reh。使用程序HOMER(v4.10,04-01-2019)进行了从头基序挖掘分析。将通过结构和ChIP-seq研究交叉验证的校正DRE作为模板在基因组区域(hg19/GRCh37):外显子和内含子中搜索DUX4/IGH靶基因。
4、B-ALL测试集的预后分析
分析流程图如图2所示。为了挑选DUX4/IGH对预后有贡献的显著下游靶基因,我们把已经发表的1223例BCP-ALL病人分为两组:有预后数据的作为测试集(n=421),其余作为训练集(n=802),同时训练集又被分为含有(n=53)和不含(n=749)DUX4/IGH融合的病人。接着我们用R包glmnet对训练集进行LASSO回归分析,从而实现对RNA-seq/ChIP-seq联合筛选出的36个调变基因的再筛选。结果如图1所示,最终得到了被DUX4/IGH驱动的有显著得分的16个靶基因(CCNJ、PTPRM、PLEKHA6、CLEC12B、WDFY4、CHRNB4、RGMB、AGAP1、SPINK4、STAP1、MVB12B、HEY2、GPR155、PTGDR2、VMO1、CHST2,各靶基因ID号如表4所示),继而他们被用于对测试集的预后分层分析,分析结果显示这些有显著得分的DUX4/IGH靶基因通常和B-ALL的较好预后相关;其中,PTPRM、SMAD1、CCNJ和TMPRSS15基因的高表达组60个月时的总生存率均在85%以上,而低表达组只有75%左右,四个基因在B-ALL患者中的高表达与良好的预后相关(>85%)。通过对上述基因的定量检测,可实现对B-ALL的预后诊断,或者指导临床靶向用药。
表4靶基因ID号
Figure BDA0003113280690000071
Figure BDA0003113280690000081

Claims (3)

1.PTPRM基因、SMAD1基因、CCNJ基因和TMPRSS15基因在制备用于血液肿瘤预后评估的产品中的应用,其特征在于,所述血液肿瘤为急性B淋巴细胞白血病。
2.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述的产品为用于检测PTPRM基因、SMAD1基因、CCNJ基因和TMPRSS15基因表达量的产品。
3.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述的血液肿瘤预后评估为:高表达PTPRM基因、SMAD1基因、CCNJ基因和TMPRSS15基因的患者倾向于表现良好的预后。
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