主题:【资料】甲基化特异性PCR全程易出现的问题与控制措施

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亚硫酸氢钠修饰DNA的目的是将DNA序列中未甲基化的胞嘧啶完全转化为尿嘧啶,而甲基化的5一甲基胞嘧啶保持不变。影响此过程的主要因素有修饰试剂的浓度、反应温度、反应环境的pH值及反应时间。其中任何一个环节出现问题都将导致MSP扩增失败,体会如下:

(1)亚硫酸氢钠的浓度最好控制在3.0-3.9mol/L为好,其pH值必须用NaOH精确调整至5.0;

(2)修饰时间应掌握在10-16h,修饰时间过长会导致甲基化胞嘧啶也会转化成尿嘧啶且DNA模板破坏加剧,而时间过短会导致修饰不彻底;

(3)反应温度应控制在50-55℃(若用国产恒温水浴箱建议温度设定在53℃为好);

(4)DNA模板量应控制在<2ug为宜。

只要遵循以上几点基本上能保证99%未甲基化的胞嘧啶转化尿嘧啶,而甲基化的胞嘧啶保持不变。但是,此修饰过程中模板DNA有约96%已经降解 .当DNA样品较少时(如石蜡包埋组织、血清DNA),在纯化回收时可加人适量鲑鱼精DNA或糖原(约1g)作为载体,有利于DNA沉淀(加入载体后轻轻晃动Eppendof管可见絮状DNA富集现象)。

甲基化特异PCR可能出现的问题与对策

1.引物因素分析MSP的引物设计的质量是扩增成败的关键性因素。

MSP的引物设计与普通的PCR引物设计不同,MSP的引物设计原理是:模板DNA在经过亚硫酸盐处理后,发生甲基化的基因启动子区域CpG岛内CpG位点5-端胞嘧啶保持不变;而未发生甲基化的CpG岛内CpG位点5-端胞嘧啶转化为尿嘧啶,即C-U。针对修饰前后的序列差异用MethPrimer软件设计甲基化与未甲基引物,进行PCR扩增。MSP的引物序列中至少含有1个以上CpG位点,最好是含有多个CpG位点,这样可保证引物的特异性,同时可以提高DNA启动子甲基化碱基的检出率。MSP的引物必须按亚硫酸氢钠处理后的DNA序列设计,同时也应该尽可能与普通PCR的引物设计原则相符合。按MSP的要求,任意DNA序列在做MSP扩增时,至少要合成2对引物,即甲基化引物与未甲基化引物。在MSP的未甲基化引物序列中前导引物不含鸟嘌呤碱基,反向引物不含胞嘧啶碱基。初涉及MSP者最好用文献引物进行研究。如果是为了筛选新的甲基化的抑癌基因而文献中无法找到的相应MSP引物,可用在线MethPrimer软件在线设计引物,网址为http://www.urogene.org/methprimer/index1.html.根据软件提示可以找到所需要的MSP引物。但MSP所遇到的困难是,要扩增的是启动子或部分第一外显子序列,其CG含量相对较高,MSP扩增难度加大,因此设计好的引物最好用引物软件如Primer5.0从理论上推测其扩增效率,对于扩增效率<30% 的引物要进行优化,方法是:在核心启动子区域前后反复调整甲基化前导引物扩增起始点,以期使引物扩增效率增高,降低扩增难度,从而提高PCR产量。

2.MSP的反应体系问题MSP的反应体系的成分与普通PCR一样,反应体系的优化也与普通类似,反应体系的优化与普通PCR的反应体系中最大的区别是DNA模板不同。经过修饰后的模板为单链状态,MSP的DNA模板在抽提后应检测其纯度和含量,其纯度要求A260/A280在1.8-2.0之间;其含量要准确检测,否则在亚硫酸盐处理时因DNA模板加的太多而导致DNA处理不完全而导致MSP扩增失败;而加的DNA模板太少则一方面浪费试剂,另一方面会因为目的片段太少导致MSP假阴性。Mg“浓度一般在2.0-2.5 mmol/L为宜,过低过高都不利于扩增。此外,PCR的缓冲液及Taq酶的来源也很重要,一般的PCR缓冲液常常会导致结果不稳定,不同来源的Taq酶也会影响结果的重复性。我们建议用Taka-ra公司针对富含CG等复杂二级结构模板的TaKaRa IATaq with gc Buffer效果较好。而一旦选用某一厂家Taq酶后,不要轻易更换,以免MSP因重新优化而引起的时间和成本的浪费。

3.MSP的反应温度分析MSP扩增的结果有3种情况:

(1)产物电泳为阴性;

(2)产物电泳出现多条非特异性条带(含目的基因条带);

(3)产物电泳为阳性(仅目的基因条带)。出现前2种情况时,可在保证反应体系和引物没有问题的情况下,通过调整MSP的反应温度而得到目的基因带。方法如下:PCR反应中,Tm的高低与CG含量呈正相关。因甲基化与未甲基化引物序列差异,在扩增过程中可能会出现PCR偏性。我们建议,提高预变性温度(一般应>95.C,10 min)和变性温度(>95℃ ,1min),退火温度以60℃作梯度或70℃作降落PCR。

总之,在MSP全过程中,影响结果的因素较普通PCR要多得多,只要对实验过程每一步认真控制可完全提高MSP的准确度和精密度。
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qPCR中的P代表什么?Polymerase,聚合酶。如果qPCR少了聚合酶,你一定觉得这是在开玩笑,巧妇难为无米之炊,没有聚合酶,定量PCR还怎么做。

一直以来,研究人员在尝试创造自我复制的酶。实现这个目标的方法之一是用RNA酶来催化RNA分子的复制,包括RNA酶本身。这已经通过交叉催化(cross-catalytic)系统来实现了,它包括两个RNA酶,它们能利用四种底物成分来催化彼此的合成。

“R3C”就是一种能自我复制的RNA酶,但不是从核苷酸到核苷酸,而是通过碱基配对将两个RNA核苷酸连在一起。但是,这个过程效率很低,因为底物形成了无生产力的复合物,限制了指数级的增长,而倍增时间长达17小时。美国斯克里普斯研究所(Scripps Research Institute)的Gerald Joyce和他的同事就一直在研究并改进“R3C”连接酶。

他们将R3C转变成交叉催化的形式,在那里正链酶将两个RNA分子组合起来,产生非常相似的负链酶,这个负链酶反过来又连接两个底物,形成正链酶。随后,Joyce他们利用体外演化(in vitro evolution)来改善这种RNA酶的催化性质。在他们的努力下,当加入新鲜的寡核苷酸和镁离子之后,这些酶能够在42°C的恒温下以指数方式自我扩增,倍增时间缩短至1小时。

Joyce认为:“这种复制品的最大应用是它是分子事件的信号放大器。”他指的是将催化结构域和配体结合结构域(适体,aptamer)结合起来,产生“适酶(apatazyme)”,这样扩增就成为配体依赖型。在配体存在时,适体序列是有序的,“适酶”的催化结构域也是,从而实现了指数级的扩增。但是当缺乏适当的配体时,整个分子就变得不稳定,连接酶活性也丧失。RNA的指数增长率取决于配体的浓度,这就能确定样品中配体的浓度。这个过程与定量PCR是相似的,但是适用性更广。多种目标都受用,包括与诊断和环境监测相关的蛋白和小分子。

随着适体开发成为一种常规的方法,该系统能用于检测从蛋白到代谢物的所有分子。同时,研究人员也在对适酶系统进行改进,Joyce认为一年内倍增时间将缩短至10分钟。根据这种分子的动力学特性,他认为1分钟也是完全可行的。
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问:什么是QPCR

答:QPCR的英文全名是Real-time Quantitative PCR Detecting System。即实时荧光定量核酸扩增检测系统,也叫实
时定量基因扩增荧光检测系统,简称QPCR


问:QPCR、DNA检测、PCR之间的关系?

答:聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction简称PCR)原理凭借敏感、特异、快速的特点荣获93年诺贝尔化学奖。因其在病原体检测方面的独特优势,因而发达国家在相关方法和仪器方面的研发非常快,成为分子生物学诊断的主流,至今仍处于学术和应用前沿:

第一代产品:

基因扩增热循环仪(DNA Thermal Cycler)+电泳仪+紫外分析仪+定性试剂,构成PCR定性检测。

第二代产品:

基因扩增热循环仪+荧光仪+终点定量试剂,构成PCR-DNA终点法定量检测(End-point quantitative PCR detection),又分为终点酶免定量( End-point ELISA-PCR)和终点荧光定量(End-point Fluor-PCR)两种。

第三代产品:

实时定量QPCR仪+实时荧光定量试剂,构成QPCR-DAN/RNA实时荧光定量检测。

问:相比以前的方法,QPCR有哪些特点?

答:QPCR至少有以下特点:

所用仪器少,只用一台仪器。

检测时间短,只须45分钟~1小时10分钟(试剂各异),而定性PCR须3~4小时,酶免终点定量须6~8小时,荧光终点定量须2~3小时。

操作极其简单:前处理后,样本插入仪器一小时后到电脑上来出报告即可,无须开盖,移样本(以前方法),避免污染。

结果精确:定性PCR只能定性,很粗略,终点定量PCR由于只能在40个热循环结束后检测荧光,被测荧光达到饱和导致定量不够精确,属于半定量状态。而实时荧光QPCR是在扩增的每时每刻连续检测各样本的荧光值的变化。

检测动态范围:10~10000000000  DNA copies/ml

检测精度:0.1RLU

辨别率:5000和10,000个模板拷贝样本的辨别率99.7%。

问:QPCR的技术先进性、价格及应用现状?

答:实时荧光QPCR是当今世界用于临床的最先进核酸分子诊断技术,被美国FDA承认并推崇,被美国FDA批准并取得临床应用执照的QPCR试剂品种有:

HBV乙肝病毒DNA,HCV丙肝病毒RNA,HIV艾滋病病毒RNA,Chlamydi trachomatis(CT),性传播疾病,沙眼衣原体,Neiserria gonorrhea(NG),性传播疾病,淋病双球菌,Cytomegalovirus(CMV),性传播疾病,巨细胞病毒,Mybobacterium tuberculosis(Mtb),呼吸道疾病,结核分支杆菌等。

实时荧光PCR仪研发技术难度大,门槛高,发达国家也只有有限几家知名公司生产,且售价昂贵:如
美国ABI/7700-120万元,美国ABI/5700-50万元,瑞士Roche/Lightcycler-70万元,美国Stratagene公司2005年新品MX3005P-80万元


可见,在病人看来,哪家医院应用了QPCR技术便是先进诊断技术的象征,在发达国家也是如此。
   
国产仪器情况:国产仪器生产单位不超过五家,其中包括:


日本独资杭州博日实时荧光QPCR仪(33孔)

西安天隆科技有限公司TL988实时荧光QPCR仪(48孔)
   
以上产品均取得国家SFDA认证,报价均在45万以上。
   
国产试剂情况:


多家公司生产实时荧光QPCR试剂盒,价格与终点法试剂相当,且品种齐全,价格便宜,购买方便:
乙肝HBV-DNA,丙肝HCV-RNA,艾滋AIDSHIV-RNA,性病系列:淋病双球菌NG、沙眼衣原体CT、解脲支原体UU、疱疹病毒HSV、人体乳头瘤HPV,优生优育系列:巨细胞病毒CMV、弓形虫COX等。
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