DE19733619C1 - New PCR (polymerase chain reaction) method for detecting a small number of allelic variations comprises using a combination of PCR and RFLP (restriction fragment length polymorphism) - Google Patents
New PCR (polymerase chain reaction) method for detecting a small number of allelic variations comprises using a combination of PCR and RFLP (restriction fragment length polymorphism)Info
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein auf der Polymearsekettenreaktion (PCR, engl. polymerase
chain reaction) basierendes Anreicherungsverfahren zur Detektion allel-spezifischer
und punktgerichteter Mutationen bzw. genetischer Polymorphismen. Sie ist eine
Verbesserung bisheriger Verfahren (PCR-SSCP = Polymerasekettenreaktion mit
anschließendem Polymorphismusnachweis über Einzelstrangkonformationsanalyse
(engl. single strand conformational polymorphism), PCR-RFLP = PCR-basierter
Nachweis eines Restriktionsfragmentlängen-Polymorphismus, PCR-ASO = PCR mit
allelspezifischen Oligonukleotioden, die sich bislang entweder durch mangelnde
Sensitivität oder fehlende Spezifität auszeichnen. Das Verfahren der CASE-PCR beruht
auf zwei PCR-basierten Techniken, welche eine zusammen eine hochselektive
Anreicherung Nukleotid-varianter Allele erlaubt und zwar durch zwei
ineinandergreifende, aber voneinander unabhängige Prozesse:
The invention relates to an enrichment method based on the polymerase chain reaction (PCR) for the detection of allele-specific and point-directed mutations or genetic polymorphisms. It is an improvement of previous methods (PCR-SSCP = polymerase chain reaction with subsequent polymorphism detection via single strand conformational polymorphism), PCR-RFLP = PCR-based detection of a restriction fragment length polymorphism, PCR-ASO = PCR with allele-specific oligonucleotides that The CASE-PCR method is based on two PCR-based techniques, which together allow highly selective enrichment of nucleotide-variant alleles through two interlocking but independent processes:
- 1. Peptidnukleinsäure (PNA, engl. peptide nucleic acid)-vermittelte selektive Blockade der PCR1 (engl. PCR-Clamping) und1. Peptide nucleic acid (PNA) mediated selective blockade of PCR 1 (English PCR clamping) and
- 2. PCR-RFLP zur Erzeugung eines Restriktionspolymorphismus und Begünstigung restriktionsresistenter Heteroduplex-DNA Fragmente in einem nachfolgenden Restriktionsverdau.2. PCR-RFLP to generate a restriction polymorphism and Favoring restriction-resistant heteroduplex DNA fragments in one subsequent restriction digestion.
Durch Kombination dieser Verfahren wird eine Sensitivität von bis zu 1 varianten Allel unter 103 Wildtyp-Allelen erreicht. Durch Limitierung der Anzahl durchlaufener PCR- Zyklen und durch entsprechende Wahl der PNA und DNA-Primer im Sinne einer Versatz-PCR (engl. nested PCR) wird dabei gleichzeitig ein hohes Maß an diagnostischer Spezifität sichergestellt. Ein weiterer Vorteil besteht in der Möglichkeit, Mutationen in einem mehrere benachbarte Kodons umfassenden Abschnitt zu erfassen, wobei abhängig Kodon-spezifische RFLP-Primer gewählt werden. By combining these methods, a sensitivity of up to 1 variant allele among 10 3 wild-type alleles is achieved. By limiting the number of completed PCR cycles and by choosing the appropriate PNA and DNA primer in the sense of an offset PCR (English nested PCR), a high degree of diagnostic specificity is ensured at the same time. A further advantage is the possibility of detecting mutations in a section comprising a number of adjacent codons, with RFLP primers being selected depending on the codon.
In der Diagnostik maligner Tumore werden zunehmend molekulare Verfahren eingesetzt, welche sich zur Aufgabe machen, umschriebene spezifische DNA- Veränderungen im Bereich bestimmter Onko- und Tumorsuppressorgene nachzuweisen. Zwar bietet die den meisten Methoden zugrundeliegende Technik der Polymerasekettenreaktion (PCR) prinzipiell die Möglichkeit, Analysen aus kleinsten Gewebeproben zu erstellen. Dies gelingt jedoch nur schwierig, wenn die untersuchten Genabschnitte sich nur in einer oder wenigen Basen unterscheiden und zudem die zu untersuchenden Allele in einer mehrere Zehnerpotenzen umfassenden Minderzahl im biologischen Untersuchungsmal vorliegen.Molecular methods are increasingly used in the diagnosis of malignant tumors used, which have the task of circumscribed specific DNA Detect changes in the area of certain onco- and tumor suppressor genes. The technique on which most of the methods are based offers Polymerase chain reaction (PCR) principally the ability to perform analyzes from the smallest To create tissue samples. However, this is difficult to achieve if the examined ones Gene segments differ only in one or a few bases and also the too investigating alleles in a minority encompassing several powers of ten in biological examination times are available.
Diese Technik basiert auf synthetischen Oligonukleotiden mit DNA-imitierenden Eigenschaften. Neben gewöhnlichen Oligonukleotiden mit Ribose-Phosphat- Grundgerüst sind in den letzten Jahren auch synthetische Oligonukleotide mit einem N- (2-aminoethyl)-Glycin Grundgerüst (sog. Peptidnukleinsäuren, PNAs) verwandt worden. Diese zeichnen sich durch eine sehr hohe Bindungsaffinität aus, welche unabhängig von Salzkonzentrationen ist und selbst unter den hohen Temperaturen der PCR-Bedingungen (72°C) im Falle von 15-meren noch Heteroduplexe formt. Damit eignen sich PNAs unter diesen Bedingungen vornehmlich zur Protektion von DNA- Abschnitten durch sog. "clamping", d. h. Schutz eines betreffenden Genabschnitts vor Replikation durch DNA-Polymerasen, zumal diese anders als DNA-Analoga, nicht als Startermoleküle für eine PCR-Reaktion dienen können (∅rum, H., Nielsen, P. E., Engholm, M., Berg, R. H., Buchardt, O., and Stanley, C. Nucl. Acids Res. 21, 5332- 5336, 1993). Umgekehrt ist die Avidität im Fall einer Punktmutation bereits deutlich reduziert. Dieser Unterschied in der Stabilität der Bindung kann in der Praxis ausgenutzt werden, indem der Einsatz von PNAs mit Wildtyp-Sequenz zusammen mit konventionellen DNA-Primern und zu untersuchender DNA die Bildung definierter Wildtyp-Fragmente in der nachfolgenden PCR-Reaktion unterbindet, jedoch die von mutierten Allelen erlaubt. Um den Schutzeffekt zu verstärken, wird ein zusätzlicher Hybridisierschritt bei höherer Temparatur in das PCR-Programm eingeführt, welcher eine Vorabanlagerung des PNA-Moleküls, nicht jedoch der konventionellen DNA- Primer erlaubt. Eine Variante des Verfahrens benutzt ein PNA, welches mit einem DNA-Primer um die Zielsequenz kompetitiert (engl. PCR clamping by primer exclusion) und erfolgreich zur Detektion umschriebener RAS-Mutationen angewandt wurde (Thiede, C., Bayerdörffer, E., Blasczyk, R., Wittig, B., and Neubauer, A. Nucl. Acids Res. 24, 983-984, 1996). Obwohl das Verfahren relativ einfach durchzuführen ist, besteht jedoch keine Möglichkeit, erhaltene Fragmente als sicher mutierte Fragmente von Normalallelen zu unterscheiden, welche bei unvollständiger Blockade durch PNAs entstehen, abgesehen von der Möglichkeit, diese einzeln zu sequenzieren. Zusätzlich ist die erfolgreiche Detektion von der Stöchiometrie der Ausgangsparameter (Menge eingesetzter DNA, DNA-Primer etc.) abhängig und daher störanfällig, so daß hier häufig falsch positive Fragmente erhalten werden.This technique is based on synthetic oligonucleotides with DNA-mimicking Characteristics. In addition to ordinary oligonucleotides with ribose phosphate In recent years, synthetic oligonucleotides with an N- (2-aminoethyl) glycine skeleton (so-called peptide nucleic acids, PNAs) related been. These are characterized by a very high binding affinity, which is independent of salt concentrations and even under the high temperatures of the PCR conditions (72 ° C) in the case of 15-mers still forms heteroduplexes. In order to Under these conditions, PNAs are primarily suitable for the protection of DNA Sections by so-called "clamping", i. H. Protection of a relevant gene segment from Replication by DNA polymerases, especially since these are not different from DNA analogues Starter molecules can serve for a PCR reaction (∅rum, H., Nielsen, P.E., Engholm, M., Berg, R.H., Buchardt, O., and Stanley, C. Nucl. Acids Res. 21, 5332- 5336, 1993). Conversely, the avidity is already clear in the case of a point mutation reduced. This difference in the stability of the binding can be exploited in practice by using wild type sequence PNAs together with conventional DNA primers and DNA to be examined the formation of defined Wild-type fragments in the subsequent PCR reaction, but those of mutant alleles allowed. To reinforce the protective effect, an additional one Hybridization step introduced at higher temperature in the PCR program, which a pre-attachment of the PNA molecule, but not the conventional DNA Primer allowed. A variant of the method uses a PNA, which with a DNA primer competes for the target sequence (PCR clamping by primer exclusion) and successfully used for the detection of circumscribed RAS mutations (Thiede, C., Bayerdörffer, E., Blasczyk, R., Wittig, B., and Neubauer, A. Nucl. Acids Res. 24, 983-984, 1996). Although the process is relatively easy to do, however, there is no possibility of receiving fragments as safely mutated fragments to be distinguished from normal alleles, which are due to incomplete blockade by PNAs arise, apart from the possibility of sequencing them individually. In addition is successful detection of the stoichiometry of the initial parameters (quantity used DNA, DNA primer etc.) dependent and therefore prone to failure, so here often false positive fragments are obtained.
Dieses PCR-Verfahren wurde von verschiedenen Autoren publiziert als Möglichkeit der Detektion umschriebener Allelvarianten mittels Restriktionslängenpolymorphismus (Kahn, S. M., Jiang, W., Culbertson, T. A., Weistein, I. B., Williams, G. M., Tomita, N., and Ronai, Z. Oncogene 6, 1079-1083, 1991; Levi, S., Urbano-Ispizua, A., Gill, R., Thomas, D. M., Gilbertson, J., Foster, C., and Marshall, C. J. Cancer Res. 51, 3497- 3502, 1991; Jacobson, D. R. and Mills, N. E. Oncogene 9, 553-563, 1994; Mills, N. E., Fishman-C. L., Scholes, J., Anderson, S. E., Rom, W. N., and Jacobson, D. R. J. Natl. Cancer Inst. 87, 1056-1060, 1995). Da in der Regel die zur Vereinfachung der Detektion notwendige palindromische Sequenz für eine Restriktionsendonuklease in dem zu untersuchenden Abschnitt nicht vorhanden ist, wird eine solche durch punktgerichtete Veränderung eines der beiden Primer (sog. "mismatch" Primer) in das entstehende PCR- Produkt eingeführt. Die einzuführende Schnittstelle wird dabei so gewählt, daß sie das zu untersuchende Kodon mit einschließt und natürliche Mutationen in diesem Abschnitt jeweils eine Änderung des Motivs bewirken. Der nachfolgende Restriktionsendo nukleaseverdau spaltet Wildtyp-Fragment, nicht jedoch mutierte Allele. Durch wiederholte PCR-Amplifikation mit nachfolgendem Restriktionsendonuklease-Verdau läßt sich ebenfalls eine hochselektive Anreicherung mutierter Allele erreichen. Diese Prozedur ist jedoch zeitlich relativ aufwendig und mit dem Risiko verbunden, im Rahmen der zusätzlichen Amplifikationen unspezifische Mutationen zu generieren.This PCR method has been published by various authors as a possibility of Detection of circumscribed allele variants using restriction length polymorphism (Kahn, S.M., Jiang, W., Culbertson, T.A., Weistein, I.B., Williams, G.M., Tomita, N., and Ronai, Z. Oncogene 6, 1079-1083, 1991; Levi, S., Urbano-Ispizua, A., Gill, R., Thomas, D.M., Gilbertson, J., Foster, C., and Marshall, C.J. Cancer Res. 51, 3497- 3502, 1991; Jacobson, D.R. and Mills, N.E. Oncogene 9, 553-563, 1994; Mills, N.E., Fishman-C. L., Scholes, J., Anderson, S.E., Rome, W.N., and Jacobson, D.R. J. Natl. Cancer Inst. 87, 1056-1060, 1995). As a rule, to simplify detection necessary palindromic sequence for a restriction endonuclease in the Examining section does not exist, such is by point-directed Change one of the two primers (so-called "mismatch" primer) into the resulting PCR Product introduced. The interface to be introduced is chosen so that it The codon to be examined includes and natural mutations in this section cause a change in the motif. The subsequent restriction end nuclease digestion cleaves wild-type fragments, but not mutated alleles. By repeated PCR amplification followed by restriction endonuclease digestion highly selective enrichment of mutant alleles can also be achieved. This However, the procedure is relatively time-consuming and associated with the risk of having to Generate non-specific mutations as part of the additional amplifications.
Allelspezifische PCR durch Einsatz allelspeziflscher Oligonukleotide. Die Selektion mutierter Allele erfolgt durch mutationsanaloge komplementäre Primer. Diese werden wie in einer üblichen PCR-Reaktion in einem oder zwei aufeinanderfolgenden PCR- Schritten eingesetzt, wobei die zur Primeranlagerung notwendige Hybridisierungs temperatur so gewählt wird, daß eine Heteroduplexbildung möglichst nur mit den die Mutation tragenden varianten Allelen, nicht jedoch mit Normallallelen, erfolgt. Nachteil dieses Verfahrens ist im wesentlichen die geringe Differenz zwischen dem Temperaturoptimum des Wildtyp und des mutierten Allels, wodurch häufig falsch positive Amplifikate entstehen.Allele-specific PCR using allele-specific oligonucleotides. The selection mutated alleles are carried out by mutation-analogous complementary primers. These will as in a conventional PCR reaction in one or two successive PCR Steps used, the hybridization necessary for primer attachment temperature is chosen so that heteroduplex formation is possible only with those Mutant-bearing variant alleles, but not with normal alleles. disadvantage this method is essentially the slight difference between the Optimal temperature of the wild type and the mutant allele, which often makes it wrong positive amplificates are created.
Die Erfindung betrifft ein Kombinationsverfahren, die CASE-PCR = "combined allele specific enrichment-PCR", welche für sich eine vereinfachte PCR-Methode zur selektiven Anreicherung und zum spezifischen Nachweis varianter Allele darstellt (schematisch gezeigt in Abbildung 1).The invention relates to a combination method, the CASE-PCR = "combined alleles specific enrichment-PCR ", which is a simplified PCR method for selective enrichment and for the specific detection of variant alleles (shown schematically in Figure 1).
Die Ansprüche beziehen sich nicht auf das eigentliche PCR-Verfahren selbst, so weit es durch das US Patent 4683195 geschützt ist.The claims do not refer to the actual PCR process itself, so far as it is protected by U.S. Patent 4,683,195.
Das Verfahren besteht aus zwei aufeinanderfolgenden PCR-Verfahren, im ersten Schritt
(Anreicherungsschritt) aus einer PCR-Clamping-Reaktion unter Einsatz der folgenden
Komponenten:
The method consists of two successive PCR methods, in the first step (enrichment step) of a PCR clamping reaction using the following components:
- - eines gegensinnigen, den Mutationsbereich abdeckenden PNA-Oligonukleotids von ca. 15 bp Länge,- An opposing PNA oligonucleotide covering the mutation area 15 bp in length,
- - einem konventionellen Oligodesoxynukleotid-Primerpaar (zwei die 5' bzw. die 3'-Region eines DNA-Abschnitts begrenzende Oligonukleotide = ODNs) zur Amplifikation eines Genfragments von Interesse,- a conventional oligodeoxynucleotide primer pair (two the 5 'and the 3 'region of a DNA segment delimiting oligonucleotides = ODNs) for Amplification of a gene fragment of interest,
- - der zu untersuchenden DNA-Probe, welche neben der Normalvariante (= Wildtyp-Allel) Anteile einer sich in einem oder wenigen Basenpaaren unterscheidenden punktmutierten Variante enthält,- The DNA sample to be examined, which in addition to the normal variant (= Wild-type allele) shares one in one or a few base pairs distinguishing point mutated variant contains
- - Taq-Polymerase,- Taq polymerase,
- - PCR-Puffer mit allen notwendigen Reaktionskomponenten- PCR buffer with all necessary reaction components
Der eigentliche PCR-Reaktionsablauf umfaßt pro Zyklus vier Segmente:
The actual PCR reaction sequence comprises four segments per cycle:
- 1. Denaturierung bei 94°C1. Denaturation at 94 ° C
- 2. PNA-Hybridisierung bei ca. 70-78°C2. PNA hybridization at approx. 70-78 ° C
- 3. Primer-Hybridisierung bei ca. 56-64°C3. Primer hybridization at approx. 56-64 ° C
- 4. Elongationsschritt bei 72°C4th elongation step at 72 ° C
Nach Abschluß von 25-35 Zyklen wird eine Probemenge des PCR-Ansatzes (2 µl von
25 bzw. 50 µl) für die nachfolgende PCR-RFLP-Reaktion verwendet (diagnostischer
Schritt) Diese besteht aus:
After 25-35 cycles have been completed, a sample of the PCR mixture (2 µl of 25 or 50 µl) is used for the subsequent PCR-RFLP reaction (diagnostic step) This consists of:
- - einem Fehlbasen-Primer, der komplementär zum mutationstragenden Abschnitt ist und einen Restriktionspolymorphismus im Bereich des zu untersuchenden Kodons generiert- a false base primer, which is complementary to the mutation-carrying section is and a restriction polymorphism in the area of the to be examined Generated codons
- - einem zugehörigen 3'-Primer (kann identisch mit 3'-Primer der ersten PCR- Reaktion sein)- an associated 3 'primer (can be identical to the 3' primer of the first PCR Reaction)
- - die zu untersuchende DNA-Probe aus der ersten PCR-Clamping-Reaktion, Taq- Polymerase,The DNA sample to be examined from the first PCR clamping reaction, Taq Polymerase,
- - PCR-Puffer mit allen notwendigen Reaktionskomponenten- PCR buffer with all necessary reaction components
Der eigentliche PCR-Reaktionsablauf umfaßt pro Zyklus drei Segmente:
The actual PCR reaction sequence comprises three segments per cycle:
- 1. Denaturierung bei 94°C1. Denaturation at 94 ° C
- 2. Primer-Hybridisierung bei ca. 56-64°C2. Primer hybridization at approx. 56-64 ° C
- 3. Elongationsschritt bei 72°C3rd elongation step at 72 ° C
Nach Durchlaufen von ca. 25 Amplifikationszyklen wird eine Probemenge (10 µl) mit
dem jeweils zum generierten Palindrom zugehörigen Restriktionsenzym verdaut. Der
Reaktionsansatz hierfür enthält:
After going through about 25 amplification cycles, a sample amount (10 µl) is digested with the restriction enzyme associated with the palindrome generated. The reaction approach for this contains:
- - Reaktionspuffer mit für das Enzym spezifischer Salzkonzentration,Reaction buffer with a salt concentration specific for the enzyme,
- - Probemenge des erhaltenen DNA-Fragments (ca. 1 µg),- sample amount of the DNA fragment obtained (approx. 1 µg),
- - 10-30 Einheiten der jeweiligen Restriktionsendonuklease- 10-30 units of the respective restriction endonuclease
Die Inkubation erfolgt bei 37°C für jeweils 1-3 h in einem entsprechenden Heizblock. Nach erfolgtem Verdau werden die erhaltenen PCR-Fragmente durch Gelelektrophorese in einem 1%igen Agarosegel aufgetrennt, mittels Ethidiumbromidfärbung unter UV- Anregung sichtbar gemacht, anschließend photodokumentiert.Incubation takes place at 37 ° C for 1-3 h in a corresponding heating block. After successful digestion, the PCR fragments obtained are gel electrophoresis separated in a 1% agarose gel by means of ethidium bromide staining under UV Suggestion made visible, then photo-documented.
Diese ergeben sich aus der stark-selektiven Allelanreicherung über PCR-Clamping
verbunden mit der nur gering selektiven (über Bevorzugung sog. Heteroduplex-
Fragmente), aber diagnostisch eindeutigen PCR-RFLP. Durch die Kombination beider
Schritte läßt sich die zur Detektion notwendige DNA-Amplifikation in einem Vorgang
mit der notwendigen Allel-Anreicherung in nur ca. 50-60 PCR-Zyklen erreichen, die
Wahl zweier konventioneller Primerpaare ergibt darüberhinaus die notwendige
Sicherheit einer PCR mit versetzten Primern, indem in jedem Schritt das Entstehen
unspezifischer Fragmente durch unabhängig hybridisierende Oligonukleotide
unterbunden wird. Damit lassen sich die Qualitätsmerkmale wie folgt zusammenfassen:
These result from the strongly selective allele enrichment via PCR clamping combined with the only slightly selective (by preference so-called heteroduplex fragments) but diagnostically clear PCR-RFLP. By combining both steps, the DNA amplification required for detection can be achieved in one process with the necessary allele enrichment in only approx. 50-60 PCR cycles; the choice of two conventional primer pairs also provides the necessary security of a PCR with offset primers by preventing the formation of non-specific fragments by independently hybridizing oligonucleotides in each step. The quality characteristics can be summarized as follows:
- - hochselektive Allelspezifische Anreicherung,- highly selective allele-specific enrichment,
- - eindeutige diagnostische Aussage über die Generierung eines Kodonbezogenen Restriktionspolymorphismus mit Trennung des mutierten Allelanteils von residualem Wildtypfragment in der nachfolgenden Gelanalyse,- Clear diagnostic statement about the generation of a codon-related Restriction polymorphism with separation of the mutated allele fraction from residual wild-type fragment in the subsequent gel analysis,
- - Beschränkung auf eine relativ geringe Zahl von PCR-Zyklen, dadurch weitgehendes Vermeiden von artifiziellen in vitro-Mutationen durch die Taq- Polymerase selbst,- Limitation to a relatively small number of PCR cycles, thereby extensive avoidance of artificial in vitro mutations by the Taq Polymerase itself,
- - ausschließliche Amplifikation spezifischer Fragmente durch Einsatz von "nested"-Primern, dadurch zusätzliche diagnostische Sicherheit- exclusive amplification of specific fragments by using "Nested" primers, thereby additional diagnostic security
- - weitgehende Unabhängigkeit von der exakten DNA-Menge des Untersuchungs materials sowie von definierten PNA- und DNA-Primerverhältnissen.- largely independent of the exact amount of DNA in the examination materials as well as defined PNA and DNA primer ratios.
Diese stützt sich auf umschriebene, meist nur ein Nukleotid umfassende Mutationen im
Bereich eines Gens. Hierunter fallen u. a. "hot spot"-Mutationen einer Reihe von Onko-
oder Tumorsuppressorgenen. Beispiele hierfür sind (entnommen aus C. Wagener,
Einführung in die Molekulare Onkologie, Thieme Verlag Stuttgart, New York, 1996):
This is based on circumscribed mutations in the region of a gene, which usually comprise only one nucleotide. These include "hot spot" mutations of a number of onco or tumor suppressor genes. Examples of this are (taken from C. Wagener, Introduction to Molecular Oncology, Thieme Verlag Stuttgart, New York, 1996):
RAS: Kodon 12, 13, 61 (für die N-, H-, und K-ras-Gene)
p53: Kodon 175, 245, 248, 249, 273, 282
FAP: Kodon 1309, 1378, 1450, 1464, 1487-90
ARP: Kodon 50
RET: Kodon 908 (Mulligan et al., Germ-line mutations of the RET proto-oncogene in
multiple endocrine neoplasia type 2A, Nature 363 (1993), 458-461).RAS: Codon 12, 13, 61 (for the N, H, and K-ras genes)
p53: codons 175, 245, 248, 249, 273, 282
FAP: Codon 1309, 1378, 1450, 1464, 1487-90
ARP: Codon 50
RET: Codon 908 (Mulligan et al., Germ-line mutations of the RET proto-oncogene in multiple endocrine neoplasia type 2A, Nature 363 (1993), 458-461).
DNA-basierte CASE-PCR bietet hier alle Vorteile der DNA-basierten PCR-Diagnostik
von Zytomaterial:
DNA-based CASE-PCR offers all the advantages of DNA-based PCR diagnostics of cytomaterial:
- - Unabhängigkeit von der zytologischen Qualität- Independence from the cytological quality
- - Bestimmung aus geringen Probenmengen- Determination from small amounts of sample
- - keine weitere Probenaufbereitung, Kühlkette oder Lagerungsprobleme- no further sample preparation, cold chain or storage problems
Diese umfaßt die Erfassung definierter Deletionen in einem RNA-Abschnitt bzw. der Expression eines alternativen Exons in einer prozentual unterschiedlich zusammengesetzten RNA-Population. Hierzu wird das Zellmaterial zunächst unter Kühlung zentrifugiert und das Pellet einer RNA-Extraktionsprozedur unterzogen. Ebenfalls nach Standardprotokollen erfolgt die Umschreibung in reverse cDNA. Ein zum Deletionsbereich bzw. Bereich des zusätzlichen Exons homologes PNA- Oligonukleotid supprimiert weitgehend eine über externe DNA-Primer gesteuerte Amplifikation eines cDNA-Abschnitts. Durch Einsatz eines zweiten DNA-Primerpaares und Ausnutzung eines natürlichen oder neu-generierten Polymorphismus in diesem Bereich lassen sich Wildtyp-Fragmente von Varianten einfach unterscheiden.This includes the detection of defined deletions in an RNA section or the Expression of an alternative exon in a percentage different composite RNA population. For this, the cell material is first under Cooled centrifuged and the pellet subjected to an RNA extraction procedure. The conversion to reverse cDNA is also carried out according to standard protocols. On PNA homologous to the deletion area or the area of the additional exon Oligonucleotide largely suppresses one controlled by external DNA primers Amplification of a section of cDNA. By using a second pair of DNA primers and exploitation of a natural or newly generated polymorphism in this In the area, wild-type fragments can easily be distinguished from variants.
Die Notwendigkeit einer effizienten Tumordiagnostik ergibt sich in Verbindung mit der
klinischen Fragestellung auf Vorhandensein maligner Zellen in Flüssigkeits-, Zytologie-
oder Gewebeproben. Da der Anteil mutierter Onko- und Suppressorgene in soliden
Tumoren aller Entitäten gewöhnlicherweise relativ hoch ist, ließe sich ein entsprechend
sensitives PCR-Verfahren, welches den Nachweis spezifischer Läsionen aufzeigt, auf
einen großen Bereich der Tumordiagnostik anwenden. Dies betrifft vor allem die
frühzeitige Erkennung im Fall von
The need for efficient tumor diagnostics arises in connection with the clinical question regarding the presence of malignant cells in fluid, cytology or tissue samples. Since the proportion of mutated oncogenes and suppressor genes in solid tumors of all entities is usually relatively high, a correspondingly sensitive PCR method, which shows the detection of specific lesions, could be applied to a large area of tumor diagnosis. This concerns above all the early detection in the case of
- - gastrointestinalen Tumoren (Kolorektaltumoren, Pankreaskarzinome, Gallengangs,-blasenkarzinome)- gastrointestinal tumors (colorectal tumors, pancreatic carcinomas, Biliary tract, bladder cancer)
- - Tumoren des Oropharynxbereiches, v. a. von Bronchialkarzinomen- tumors of the oropharynx area, v. a. of bronchial carcinoma
- - Karzinomen der ableitenden Harnwege- Carcinomas of the urinary tract
- - Uterus- und Zervixkarzinomen- Uterine and cervical cancer
Diese Tumoren zeichnen sich dadurch aus, daß sie in der Regel Anschluß an natürliche Ableitungswege besitzen, so daß eine Bestimmung aus Exfoliativmaterial ohne invasive Eingriffe möglich ist. Daneben ist die Bestimmung genomischer Mutationen auch aus Zellmaterial von diagnostischen Punktionen, insbesondere von Pleura- und Ascitespunktionen, ferner auch von Knochenmarksbiopsaten möglich.These tumors are characterized by the fact that they are usually connected to natural ones Have derivation paths, so that a determination from exfoliative material without invasive Intervention is possible. In addition, the determination of genomic mutations is also over Cell material from diagnostic punctures, in particular from pleural and Ascite punctures, also possible from bone marrow biopsies.
Kontaminationsprobleme mit homologer DNA aus Zellmaterial (z. B. Zellseparate etc.) Allel- und individualspezifischer Nachweis durch Anreicherung aus DNA- und/oder ZellmischprobenContamination problems with homologous DNA from cell material (e.g. cell separates etc.) Allele and individual-specific detection by enrichment from DNA and / or Mixed cell samples
Folgende Weiterentwicklungen, v. a. in Hinblick auf eine Kommerzialisierung, sind im
Rahmen der CASE-PCR-Technik möglich:
The following further developments, especially with regard to commercialization, are possible within the scope of the CASE-PCR technique:
- - Weiterentwicklung im Sinne der "multiplex" PCR durch simultanen Einsatz verschiedener PNA- und DNA-Oligonukleotide zur Analyse multipler Mutationen- Further development in the sense of "multiplex" PCR through simultaneous use different PNA and DNA oligonucleotides for analysis of multiple Mutations
- - Standardisierung von Reagentien, Oligonukleotiden, Reaktionsablauf und -temperaturen zur Vereinfachung des Verfahrens- Standardization of reagents, oligonucleotides, reaction sequence and -temperature to simplify the process
- - Entwicklung eines Festphasentests etwa in Analogie zu PCR-ELISA-Verfahren- Development of a solid phase test, for example in analogy to PCR-ELISA procedures
Abb. 1: Darstellung des CASE-PCR Verfahrens mit den zwei Anreicherungsschritten und Verifikation durch Restriktionsendonukleaseverdau Fig. 1: Representation of the CASE-PCR method with the two enrichment steps and verification by restriction endonuclease digestion
Abb. 2: Temperaturprofil während der PCR-Clamping und der PCR-RFLP Reaktion Fig. 2: Temperature profile during PCR clamping and the PCR-RFLP reaction
Claims (2)
- a) ein komplementäres Wildtyp-analoges PNA-Oligonukleptid zur Suppression der Amplifikation überschüssiger Wildtypallele zusammen mit einem Oligodesoxynukleotid-Primerpaar (ODNs) in der PCR-Reaktion eingesetzt wird und
- b) die Mutationen oder Allelvarianten mit Hilfe eines PCR-RFLP Schrittes mit allelvarianten und eine Erkennungssequenz für Restriktionsenzyme tragenden Oligodesoxyaukleotiden identifiziert werden.
- a) a complementary wild-type analog PNA oligonucleotide for suppressing the amplification of excess wild-type alleles is used together with an oligodeoxynucleotide-primer pair (ODNs) in the PCR reaction and
- b) the mutations or allelic variants are identified with the aid of a PCR-RFLP step with allelic variants and a recognition sequence for oligodeoxy nucleotides carrying restriction enzymes.
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1997
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