基于肺炎衣原体核糖核酸酶HII酶促反应的单核苷酸多态性分型检测技术

来源 :上海交通大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:sadiori1383
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单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)是一种在基因组水平上由于单个核苷酸变异引起的DNA序列多态性。SNP密度高,遗传稳定,非常适合构建最精细的遗传图谱;SNP连锁分析能够确定致病基因的变异,反映个体之间的遗传差异,为基因诊断、基因治疗、个性化药物的开发和使用提供遗传信息。目前已经发展多种SNP分型检测技术,但是很多技术需要精密仪器,而且检测成本比较高。开发操作简便的低成本SNP分型技术是众多研究者追寻的目标。RNase H是一类特异性降解RNA-DNA/DNA或者RNA/DNA杂合双链中RNA链的核糖核酸酶,酶切产生具有5’磷酸末端和3’羟基末端的RNA片段。根据氨基酸序列特征可将RNase H分为两个主要家族,1型RNase H和2型RNase H。衣原体(Chlamydia pneumoniae)的基因组序列分析表明衣原体没有编码1型RNase H的基因,但有两个序列不同的编码2型RNase H的基因:CP0654和CP0782,(表达的蛋白分别命名为CpRNase HII和CpRNase HIII)。克隆CpRNase HII和CpRNase HIII基因,表达并纯化得到有活性的CpRNase HII和CpRNase HIII蛋白。CpRNase HII和CpRNase HIII的活性有所不同。CpRNase HII在12-bp RNA/DNA底物的多个位点发生切割,而CpRNase HIII只在这种底物的一个位点发生切割;CpRNase HII酶切12-bp RNA/DNA底物的最适Mg2+或Mn2+浓度分别为1 mM和0.1 mM,并且Mg2+的活性促进作用高于Mn2+,而CpRNase HIII酶切12-bp RNA/DNA底物的最适Mg2+或Mn2+浓度均为10 mM。CpRNase HII能够酶切21-bp DNA-rN1-DNA/DNA嵌合双链,而且酶切效率不受核糖核苷酸类型的影响,而CpRNase HIII不能够切割这种底物;CpRNase HII酶切21-bp DNA-rN1-DNA/DNA底物的最适镁离子浓度是10 mM。在DNA-rN1-DNA/DNA底物的不同位点引入错配碱基,研究CpRNase HII酶切携带错配碱基的DNA-rN1-DNA/DNA嵌合底物的酶切速率。发现当底物携带错配碱基时,CpRNase HII酶切错配底物的酶促反应速度低于正确配对底物,即错配碱基的存在能够降低CpRNase HII酶促反应速度。错配碱基位于底物不同位点时,CpRNase HII酶切错配底物的酶促反应速度有很大不同。错配碱基距离核糖核苷酸越远,CpRNase HII酶切错配底物的酶促反应速度越接近正确配对底物。错配碱基位于核糖核苷酸位点(0)或者位于紧挨核糖核苷酸的脱氧核糖核苷酸位点(-1或者+1)时,CpRNase HII酶切错配底物的酶促反应速度最低。因此CpRNase HII酶切错配底物的酶促反应速度与错配碱基距离核糖核苷酸的相对距离成反比。在0,-1或者+1位点引入不同的错配碱基,结果表明错配碱基位于0位点或者紧挨核糖核苷酸的5’端(-1)时,比起错配碱基紧挨核糖核苷酸的3’端(+1),CpRNase HII酶促反应速度受到更显著影响。不同的错配碱基位于DNA-rN1-DNA/DNA底物相同位点时,CpRNase HII酶促反应速度不同,即错配碱基的类型与CpRNase HII酶促反应速度有密切关系。错配碱基对CpRNase HII酶促反应速度的影响可能是因为错配碱基的存在能够影响底物的构型,不同的错配碱基造成底物不同的构型变化,导致CpRNase HII酶促反应速度产生很大差异。研究表明CpRNase HII酶切DNA-rN1-DNA/DNA嵌合底物的酶切效率不受核糖核苷酸类型的影响,且CpRNase HII酶切核糖错配底物的酶促反应速度远远低于配对底物。根据CpRNase HII这一特点,建立一种新型的SNP分型检测技术-CpRNase HII酶切法,区分DNA-rN1-DNA/DNA的单碱基突变,力求达到简单检测SNP的目的。CpRNase HII酶切法分型SNP技术是以5’端荧光基团标记,3’端淬灭基团标记的分子信标作为检测探针,利用CpRNase HII对检测探针酶切效率的差异导致的荧光信号的强弱来达到SNP分型检测的目的。该分型方法的探针为中间嵌合一个核糖核苷酸的DNA-rN1-DNA分子信标(cMB)。目标单链DNA分子(ssDNA)与cMB分子杂交形成正确配对或错配的CpRNase HII底物。如果cMBs与目标单链DNA分子正确配对,CpRNase HII切割配对底物,发出的荧光可以实时检测。第一轮酶切之后,过量的cMB分子与从酶促反应复合物中释放出来的目标单链DNA分子杂交,起始第二轮酶促反应,这样更多的荧光信号被释放出来。相反,如果cMBs与目标单链DNA分子形成的底物含有碱基错配,错配底物几乎不能或很少被酶切,目标单链DNA片段不能被有效释放出来,阻止CpRNase HII对过量cMBs分子进一步酶切和荧光信号的积聚。因此可以根据检测的荧光信号强度对SNP位点进行分型检测。CpRNase HII酶切法对所有错配均可有效区分识别,它可以检测1680-nt之内的ssDNA,这些ssDNA片段的长度对SNP的分型检测没有影响。CpRNase HII酶切法检测SNP时,目标片段拷贝数不变的情况下,增大检测探针的摩尔数,match/mismatch荧光信号比值增大,这能够提高SNP分型检测的有效性和准确性。利用CpRNase HII酶切法对人HLA基因上的9个SNP位点进行基因分型,并且利用DNA测序技术验证CpRNase HII酶切法分型SNP的准确性。由于cMBs设计简单,加上分型操作只是反应底物的简单添加和反应混合物的温育,因此CpRNase HII酶切法是一种简单可行的SNP分型检测技术,可以用来做高通量的SNP分型检测。
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