RU2682745C1 - Combination of genes constitutively expressed in healthy and varicose veins - Google Patents

Combination of genes constitutively expressed in healthy and varicose veins Download PDF

Info

Publication number
RU2682745C1
RU2682745C1 RU2018101089A RU2018101089A RU2682745C1 RU 2682745 C1 RU2682745 C1 RU 2682745C1 RU 2018101089 A RU2018101089 A RU 2018101089A RU 2018101089 A RU2018101089 A RU 2018101089A RU 2682745 C1 RU2682745 C1 RU 2682745C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
genes
healthy
veins
combination
constitutively expressed
Prior art date
Application number
RU2018101089A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Мария Александровна Сметанина
Ульяна Александровна Боярских
Ксения Сергеевна Севостьянова
Максим Леонидович Филипенко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук (ИХБФМ СО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук (ИХБФМ СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук (ИХБФМ СО РАН)
Priority to RU2018101089A priority Critical patent/RU2682745C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2682745C1 publication Critical patent/RU2682745C1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6806Preparing nucleic acids for analysis, e.g. for polymerase chain reaction [PCR] assay

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

FIELD: biotechnology.SUBSTANCE: invention relates to biotechnology. Combination of genes that are constitutively expressed in healthy and varicose veins, which can be used in further studies on the expression of genes in such samples. Search for and selection of optimal normalizing genes that are constitutively expressed in veins, namely, in normal conditions and in case of pathology, varicose disease, was conducted.EFFECT: resulting combination includes two of the three genes: ACTB, POLR2A and GAPDH (in any combination), constitutively expressed in veins in both normal and varicose vein disease, and can be used as normalizer genes for the quantitative determination of the mRNA level of genes in healthy and varicose veins.1 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области молекулярной биологии, генетике и клинической медицины и может быть использовано для количественного определения уровня мРНК генов в здоровых и варикозно-измененных венах.The invention relates to the field of molecular biology, genetics and clinical medicine and can be used to quantify the level of mRNA genes in healthy and varicose veins.

Для количественного анализа экспрессии генов, а именно - анализа транскриптома, измерения транскрипционной активности гена, определяют количество его продукта, матричной РНК (мРНК), универсальной для большей части генов. Для измерения количества мРНК разработан надежный метод - количественная полимеразная цепная реакция (ПЦР) в реальном времени, который применяют для анализа уровня экспрессии нескольких генов. Гены домашнего хозяйства - это гены, транскрибирующиеся с относительным постоянством (конститутивно) и использующиеся в качестве нормализаторов (стандартов) в ПЦР, поскольку предполагается, что на их экспрессию не влияют условия эксперимента. Выбор таких генов-нормализаторов является особенно критичным при анализе экспрессии генов в исследуемых биологических образцах, например, в тканях и органах в норме и при патологии. Экспрессия любых генов является специфичной для определенных типов клеток, тканей и органов. Патологическое состояние органа (условие эксперимента в нашем случае) может отражаться на уровне мРНК некоторых генов домашнего хозяйства, в связи с чем они не могут быть использованы в качестве стандартов-нормализаторов при количественном определении уровня мРНК генов в сравниваемых биологических образцах. Это, в частности, объясняет, почему большинство исследователей очень тщательно и осторожно подходят к такому выбору. На сегодняшний день описаны несколько вариантов генов-нормализаторов для некоторых типов клеток, органов и тканей [Hellemans et al., 2007]. Было показано, что использование не одного, а нескольких генов-нормализаторов, является более надежным при количественной оценке уровня мРНК генов в сравниваемых биологических образцах, однако в каждом отдельном случае (типе эксперимента) их количество должно быть оптимально, поскольку от этого зависит точность измерений. Однако до настоящего времени не был проведен поиск и выбор оптимальных генов-нормализаторов, конститутивно экспрессирующихся в венах, а именно в норме и при патологии - варикозной болезни, которые могут быть использованы в дальнейших исследованиях по экспрессии генов в таких образцах.For a quantitative analysis of gene expression, namely, transcriptome analysis, measurement of the transcriptional activity of a gene, the amount of its product, matrix RNA (mRNA), which is universal for most genes, is determined. To measure the amount of mRNA, a reliable method has been developed - real-time quantitative polymerase chain reaction (PCR), which is used to analyze the level of expression of several genes. Household genes are genes that are transcribed with relative constancy (constitutively) and used as normalizers (standards) in PCR, since it is assumed that their expression is not affected by experimental conditions. The choice of such normalizing genes is especially critical when analyzing gene expression in the studied biological samples, for example, in tissues and organs in normal and pathological conditions. The expression of any genes is specific for certain types of cells, tissues and organs. The pathological state of the organ (the experimental condition in our case) can be reflected at the mRNA level of some housekeeping genes, and therefore they cannot be used as standard normalizers in the quantitative determination of the mRNA level of genes in compared biological samples. This, in particular, explains why most researchers very carefully and cautiously approach this choice. To date, several variants of normalizing genes have been described for some types of cells, organs, and tissues [Hellemans et al., 2007]. It was shown that the use of not one, but several normalizing genes is more reliable in quantifying the level of mRNA genes in compared biological samples, however, in each individual case (type of experiment), their number should be optimal, since the accuracy of measurements depends on this. However, to date, the search and selection of optimal normalizing genes that are constitutively expressed in veins, namely, in normal and pathological conditions, such as varicose veins, which can be used in further studies on gene expression in such samples, has not been carried out.

Данное изобретение может быть использовано для количественного анализа экспрессии генов - определения уровня мРНК генов в здоровых и варикозно-измененных венах.This invention can be used for quantitative analysis of gene expression - determining the level of mRNA genes in healthy and varicose veins.

Отличием предлагаемого изобретения является использование двух из трех генов: АСТВ, POLR2A и GAPDH (в любом сочетании) в качестве оптимальных генов-нормализаторов для количественного определения уровня мРНК генов в здоровых и варикозно-измененных венах.The difference of the invention is the use of two of the three genes: ASTV, POLR2A and GAPDH (in any combination) as optimal normalizing genes for the quantitative determination of the mRNA level of genes in healthy and varicose veins.

Изобретение заключается в следующем:The invention is as follows:

Послеоперационный материал (удаленные варикозно-измененные вены и условно здоровые) для выделения РНК немедленно помещают в жидкий азот, а затем хранят при - °С до времени использования. Общую РНК выделяют из гомогенизированных вен с использованием реагента TRIzol (Invitrogen, США) в соответствии с протоколом производителя. Концентрацию общей РНК в каждом образце количественно определяют спектрофотометрически при λ=260 нм. После электрофореза РНК в 1% агарозном геле ее целостность подтверждают визуализацией интактных 18S и 28S рРНК под ультрафиолетом. Для количественной ПЦР в качестве матрицы используют кДНК, которую синтезируют при помощи системы обратной транскриптазы RevertAid Premium (Fermentas, США) в соответствии с инструкциями производителя.Postoperative material (removed varicose veins and conditionally healthy) for RNA isolation is immediately placed in liquid nitrogen, and then stored at - ° C until use. Total RNA was isolated from homogenized veins using TRIzol reagent (Invitrogen, USA) according to the manufacturer's protocol. The concentration of total RNA in each sample is quantified spectrophotometrically at λ = 260 nm. After electrophoresis of RNA in a 1% agarose gel, its integrity is confirmed by visualization of intact 18S and 28S rRNA under ultraviolet light. For quantitative PCR, cDNA is used as a template, which is synthesized using the RevertAid Premium reverse transcriptase system (Fermentas, USA) in accordance with the manufacturer's instructions.

Дизайн праймеров для количественной ПЦР выполняют с использованием программ Annhyb222 и Oligo Analyzer. Список потенциальных генов-нормализаторов выбран в соответствии со стратегиями, определенными Vandesompele et al. [1]. Последовательности праймеров приведены в таблице 1.Primer design for quantitative PCR was performed using Annhyb222 and Oligo Analyzer programs. The list of potential normalizing genes is selected in accordance with strategies defined by Vandesompele et al. [one]. The primer sequences are shown in table 1.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Синтезированные образцы кДНК разбавляют в 10 раз водой без нуклеаз. Амплификационные смеси (20 мкл) содержат приблизительно 25 нг кДНК-матрицы, 300 нМ прямого и обратного праймера и SYBR Green PCR Master Mix. Количественную ПЦР в реальном времени проводят с использованием амплификатора CFX-96 (Bio-Rad, USA). Протокол амплификации включает этапы: 3-минутную инкубацию при 95°С; 40 циклов, состоящих из денатурации при 95°С (6 сек), отжига праймеров при 58-62°С (8 сек), элонгации при 72°С (10 сек); съем сигнала при 80°С (5 сек). Каждое измерение проводят в трех повторах и включют: стандартную кривую четырех серийных точек разведения кДНК смешанных образцов, контроль без матрицы и каждую тестовую кДНК. Результаты CFX-96 Manager экспортируют в виде файлов Excel и импортируют в программное обеспечение qBase+ (Bio-Rad, США) для дальнейшего анализа в соответствии с руководством по программному обеспечению и дополнительной литературой [2, 3].The synthesized cDNA samples are diluted 10 times with water without nucleases. Amplification mixtures (20 μl) contain approximately 25 ng of the cDNA template, 300 nM forward and reverse primers and SYBR Green PCR Master Mix. Real-time quantitative PCR is performed using a CFX-96 amplifier (Bio-Rad, USA). The amplification protocol includes the steps of: 3-minute incubation at 95 ° C; 40 cycles consisting of denaturation at 95 ° C (6 sec), annealing of primers at 58-62 ° C (8 sec), elongation at 72 ° C (10 sec); signal pickup at 80 ° С (5 sec). Each measurement is carried out in three repetitions and includes: a standard curve of four serial dilution points of cDNA mixed samples, control without a matrix and each test cDNA. The results of CFX-96 Manager are exported as Excel files and imported into qBase + software (Bio-Rad, USA) for further analysis in accordance with the software manual and additional literature [2, 3].

Для анализа geNorm, используемого с целью определения оптимальных генов-нормализаторов, требуется строгий минимум из 2 неизвестных образцов и 3 потенциальных генов-нормализаторов. В ходе нашего изобретения мы использовали 20 парных тестируемых образцов (а именно: здоровая и варикозно-измененная вена от каждого из 10 пациентов, страдающих варикозной болезнью вен, соответственно) и 6 потенциальных генов-нормализаторов. Мы выбрали 6 известных генов домашнего хозяйства в качестве потенциальных генов-нормализаторов для наших экспериментов и произвели валидацию их экспрессии в тестируемых образцах вен: АСТВ, GAPDH, HPRT1, POLR2A, RPL13A, YWHAZ. Для определения лучших генов-нормализаторов был проведен анализ geNorm с использованием программного обеспечения qBase+.The geNorm analysis used to determine the optimal normalizer genes requires a strict minimum of 2 unknown samples and 3 potential normalizer genes. In the course of our invention, we used 20 paired test samples (namely, a healthy and varicose vein from each of 10 patients suffering from varicose veins, respectively) and 6 potential normalizing genes. We selected 6 well-known housekeeping genes as potential normalizing genes for our experiments and validated their expression in test vein samples: ASTV, GAPDH, HPRT1, POLR2A, RPL13A, YWHAZ. To determine the best normalizing genes, a geNorm analysis was performed using qBase + software.

Все необходимые для такого анализа модели и алгоритмы реализованы в программном обеспечении qBase+, предназначенном для управления и автоматизированного анализа данных количественных ПЦР. В своей работе мы использовали лицензионную версию программы.All models and algorithms necessary for such an analysis are implemented in qBase + software, which is intended for control and automated analysis of quantitative PCR data. In our work, we used the licensed version of the program.

Одной из уникальных особенностей qBase+ является возможность нормализовать относительные количества с помощью нескольких генов-нормализаторов, что дает более точные и надежные результаты. Кроме того, qBase+ оценивает стабильность применяемых генов-нормализаторов (и, следовательно, надежность нормализации), вычисляя две меры качества: коэффициент вариации нормированных относительных количеств генов-нормализаторов (CV, где V - попарная вариация, определяющая оптимальное количество генов-нормализаторов) и параметр стабильности (М), согласно анализу geNorm [1, 2]. Оба значения являются либо только значимыми, либо могут быть рассчитаны только в том случае, если определяются количества несколько генов-нормализаторов. Чем ниже эти параметры качества для конкретных генов-нормализаторов, тем стабильнее экспрессируются эти гены в тестируемых образцах.One of the unique features of qBase + is the ability to normalize relative amounts using several normalizing genes, which gives more accurate and reliable results. In addition, qBase + assesses the stability of the applied normalizer genes (and therefore the reliability of normalization) by calculating two quality measures: the coefficient of variation of the normalized relative amounts of normalizer genes (CV, where V is the pairwise variation that determines the optimal number of normalizer genes) and the parameter stability (M), according to the analysis of geNorm [1, 2]. Both values are either only significant or can only be calculated if the number of several normalizing genes is determined. The lower these quality parameters for specific normalizing genes, the more stable these genes are expressed in the tested samples.

Стоит обратить внимание, что реализация алгоритмов анализа geNorm в qBase+ позволяет ранжировать кандидаты в гены-нормализаторы до одного наиболее стабильного гена, тогда как его предшественник в Excel не может провести различие между двумя наиболее стабильно экспрессирующимися кандидатами в гены-нормализаторы.It is worth noting that the implementation of geNorm analysis algorithms in qBase + allows ranking candidates for normalizing genes to one of the most stable gene, while its predecessor in Excel cannot distinguish between the two most stably expressed candidates for normalizing genes.

В таблице №2 приведены результаты анализа geNorm М, показывающие ранжирование генов-кандидатов согласно их стабильности (выраженной в значениях geNorm М): от лучших генов-нормализаторов вверху (низкое значение М) до нестабильно экспрессирующегося гена внизу таблицы (высокое значение М).Table 2 shows the results of the geNorm M analysis, showing the ranking of candidate genes according to their stability (expressed in geNorm M values): from the best normalizing genes at the top (low M value) to the unstably expressed gene at the bottom of the table (high M value).

Figure 00000003
Figure 00000003

По результатам этого теста программное обеспечение сделало вывод: «Высокая стабильность экспрессии подтверждается для 5 из 6 проверяемых генов (средняя величина geNorm М≤0,5) [2]. Оптимальное количество генов-нормализаторов в этой экспериментальной ситуации равно 2 (geNorm V<0,15 при сравнении коэффициент нормализации на основе 2 или 3 наиболее стабильных генов-нормализаторов) [2]. Коэффициент оптимальной нормализации можно вычислить как среднее геометрическое двух из трех генов: АСТВ, POLR2A и GAPDH (в любом сочетании)».According to the results of this test, the software concluded: “High stability of expression is confirmed for 5 out of 6 tested genes (average geNorm M≤0.5) [2]. The optimal number of normalizing genes in this experimental situation is 2 (geNorm V <0.15 when comparing the normalization coefficient based on 2 or 3 of the most stable normalizing genes) [2]. The optimal normalization coefficient can be calculated as the geometric mean of two of the three genes: ASTV, POLR2A and GAPDH (in any combination). "

Таким образом, данная комбинация генов может быть выбрана в качестве нормализаторов для количественного определения уровня мРНК генов в здоровых и варикозно-измененных венах.Thus, this combination of genes can be selected as normalizers for the quantitative determination of the mRNA level of genes in healthy and varicose veins.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1 Vandesompele J, De Preter K, Pattyn F et al. Accurate normalization of realtime quantitative RT-PCR data by geometric averaging of multiple internal control genes. Genome Biol. 3, RESEARCH0034 (2002).1 Vandesompele J, De Preter K, Pattyn F et al. Accurate normalization of realtime quantitative RT-PCR data by geometric averaging of multiple internal control genes. Genome Biol. 3, RESEARCH0034 (2002).

2 Hellemans J, Mortier G, De Paepe A, Speleman F, Vandesompele J. qBase relative quantification framework and software for management and automated analysis of real-time quantitative PCR data. Genome Biol. 8, R19 (2007).2 Hellemans J, Mortier G, De Paepe A, Speleman F, Vandesompele J. q Base relative quantification framework and software for management and automated analysis of real-time quantitative PCR data. Genome Biol. 8, R19 (2007).

3 Hellemans J, Vandesompele J. qPCR data analysis - unlocking the secret to successful results. In: Hellemans J, Vandesompele J. PCR Troubleshooting and Optimization: The Essential Guide. Ghent University and Biogazelle, Caister Academic Press, Belgium (2011).3 Hellemans J, Vandesompele J. qPCR data analysis - unlocking the secret to successful results. In: Hellemans J, Vandesompele J. PCR Troubleshooting and Optimization: The Essential Guide. Ghent University and Biogazelle, Caister Academic Press, Belgium (2011).

Claims (1)

Применение двух из трех генов: АСТВ, POLR2A и GAPDH (в любом сочетании), конститутивно экспрессирующихся в венах как в норме, так и при варикозной болезни вен, в качестве генов-нормализаторов для количественного определения уровня мРНК генов в здоровых и варикозно-измененных венах.The use of two of the three genes: ASTV, POLR2A and GAPDH (in any combination), constitutively expressed in veins both in normal and varicose veins, as normalizing genes for the quantitative determination of mRNA levels of genes in healthy and varicose veins .
RU2018101089A 2018-01-12 2018-01-12 Combination of genes constitutively expressed in healthy and varicose veins RU2682745C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018101089A RU2682745C1 (en) 2018-01-12 2018-01-12 Combination of genes constitutively expressed in healthy and varicose veins

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018101089A RU2682745C1 (en) 2018-01-12 2018-01-12 Combination of genes constitutively expressed in healthy and varicose veins

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2682745C1 true RU2682745C1 (en) 2019-03-21

Family

ID=65858536

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018101089A RU2682745C1 (en) 2018-01-12 2018-01-12 Combination of genes constitutively expressed in healthy and varicose veins

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2682745C1 (en)

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Jacques B de Kok,Normalization of gene expression measurements in tumor tissues: comparison of 13 endogenous control genes, Laboratory Investigation, 2005, 85, p. 154-159. *
Крайнова Н.А., ОЦЕНКА ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ РЕФЕРЕНСНЫХ ГЕНОВ ДЛЯ НОРМАЛИЗАЦИИ ДАННЫХ ПЦР-РВ В ЭКСПЕРИМЕНТАХ С КЛЕТКАМИ ЛИНИИ HELA, Биотехнология, 2013, том 29, номер 1, стр. 42-50. *
Крайнова Н.А., ОЦЕНКА ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ РЕФЕРЕНСНЫХ ГЕНОВ ДЛЯ НОРМАЛИЗАЦИИ ДАННЫХ ПЦР-РВ В ЭКСПЕРИМЕНТАХ С КЛЕТКАМИ ЛИНИИ HELA, Биотехнология, 2013, том 29, номер 1, стр. 42-50. Jacques B de Kok,Normalization of gene expression measurements in tumor tissues: comparison of 13 endogenous control genes, Laboratory Investigation, 2005, 85, p. 154-159. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kuang et al. An overview of technical considerations when using quantitative real-time PCR analysis of gene expression in human exercise research
Shakeel et al. Gene expression studies of reference genes for quantitative real-time PCR: an overview in insects
Pfaffl Quantification strategies in real-time PCR
Fleige et al. RNA integrity and the effect on the real-time qRT-PCR performance
Robledo et al. Analysis of qPCR reference gene stability determination methods and a practical approach for efficiency calculation on a turbot (Scophthalmus maximus) gonad dataset
US11220716B2 (en) Methods for predicting the prognosis of breast cancer patient
EP3303618B1 (en) Methods of prostate cancer prognosis
Sauer et al. An evidence based strategy for normalization of quantitative PCR data from miRNA expression analysis in forensically relevant body fluids
US20190100790A1 (en) Determination of notch pathway activity using unique combination of target genes
Alikian et al. Molecular techniques for the personalised management of patients with chronic myeloid leukaemia
Scarabino et al. Leukocyte telomere shortening in Huntington's disease
JP2019527544A (en) Molecular marker, reference gene, and application thereof, detection kit, and detection model construction method
Sauer et al. An evidence based strategy for normalization of quantitative PCR data from miRNA expression analysis in forensic organ tissue identification
Wierschke et al. Evaluating reference genes to normalize gene expression in human epileptogenic brain tissues
Hampson et al. An RNA expression method for aging forensic hair samples
Dowling et al. The importance of selecting the appropriate reference genes for quantitative real time PCR as illustrated using colon cancer cells and tissue
JP2019535286A (en) How to predict the usefulness of chemotherapy in breast cancer patients
CN109337978B (en) Application of miRNA in preparation of advanced serous epithelial ovarian cancer chemotherapy drug resistance evaluation kit
Rocha et al. Real time PCR: the use of reference genes and essential rules required to obtain normalisation data reliable to quantitative gene expression
Albershardt et al. Evaluation of reference genes for quantitative PCR analysis of mouse lymphocytes
KR102068272B1 (en) A method of determining rna integrity
Goulter et al. Evaluation of low density array technology for quantitative parallel measurement of multiple genes in human tissue
Ayers et al. Expression stability of commonly used reference genes in canine articular connective tissues
Van Heetvelde et al. Evaluation of relative quantification of alternatively spliced transcripts using droplet digital PCR
Bjerregaard et al. Reference genes for gene expression analysis by real-time reverse transcription polymerase chain reaction of renal cell carcinoma