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提要 分離并克隆差異表達基因是目前功能性基因研究的熱點。mRNA差異展示是篩選差異表達基因zui有效的技術之一,它的主要不足是有一定假陽性。RDA、SSH、DSD、LSH技術能夠克服假陽性,但也具有一定的不足,應根據需要選擇運用。隨著能擴增長片段及具有自動校正功能的Taq酶出現及應用,這些技術將會不斷完善與發展,具有廣闊的應用前景。
關鍵詞 差異表達基因;克隆
現代分子生物學研究表明,人類基因組約由10萬左右的不同基因組成,這些基因選擇性的表達決定了機體整個生命過程,基因表達的變化處于控制生物學調節機制的中心位置。因此,分離并克隆差異表達基因不僅有助于闡明生命的粵秘,而且還能為基因診斷與治療提供重要的理論依據。近幾年來,差異表達基因克隆技術不斷完善與發展,已成為研究腫瘤和疾病等相關基因的重要手段。
一、mRNA差異展示
mRNA差異展示(mRNA differential display,DDRT-PCR)是目前篩選差異表達基因zui有效的方法之一,其基本原理是:3´端采用錨定引物,與mRNA3´poly a結合,進行反轉錄,形成mRNA:cDNA雜交分子,5´端采用20條隨機引物,與錨定引物一起進行PCR擴增,其產物經測序膠顯示出來,再回收鑒定克隆差異條帶。1992年Liang和Pardee[1]建立此技術時,5´端采用20條隨機引物,每條由10個堿基組成,3´端采用12條引物即T12MN(M=A、C或G,N=A、G、C、T)。這種組合從統計學上幾乎能*覆蓋所有的mRNA序列,差異表達的基因會全部呈現出來。實踐證明,這種方法有效,但假陽性率在50%~70%左右,差異條帶在Northern印跡上重現性差,后續處理也比較復雜。1994年Ito[2]等對3´端引物進行了改進,把12條引物改為3條,即T12A、T12C、T12G,使得實驗操作簡化。1995年Ayala[3]等提出了在3´端錨定引物與5´端隨機引物上皆增加10個堿基,使得上下游引物Tm值在60℃左右,PCR循環參數也改為前5個循環采用Liang和Pardee推薦的參數,即94℃30s,40℃2min,72℃30s。經這樣改進,顯著地增強了差異條帶的重復性和敏感性,同時使得差異條逼帶的克隆十分方便。1996年4月,Liang和Pardee[4]對5´端此物進行了改進,引物條數改為8條,皆帶上HindⅢ酶切位點,每條由13個堿基組成,3´端錨定引物采用3條,也帶上HindⅢ酶切位點,每條由18個堿基組成,PCR循環條件仍采用94℃30s,40℃2min,72℃30s,40個循環,zui后在72℃延伸7min。1998年[5]我們在Liang和Pardee改進的基礎上,對PCR循環參數進行了改進,即前5個循環采用94℃30s,40℃2min,72℃30s,后35個循環采用94℃30s,55℃2min,72℃30s,zui后在72℃延伸7min。經這樣改進,既保持了擴增效率,又增強了差異條帶的特異性及重復性,降低了假陽性率。
總之,mRNA差異展示具有簡便、快速、所需起始材料少、同時可在多個材料之間或不同處理材料之間進行比較等優點,但具有較高頻率的假陽性和短小的差異片段的缺點,給后續處理帶來一系列問題,雖然此技術經過了一些起改進,但這兩個缺點仍限制著此方法的充分應用。
二、代表性差示分析
代表性差示分析(representational difference analysis,RDA)zui早由Lisitsyn等提出的。1994年,Hubank和Schatz[6]將其應用于克隆差異表達基因,其基本原理是:靶方(Tester,T)和驅動方(Driver,D)的cDNA在進行差方式分析前均用一種識別4堿基序列的限制酶作切割處理,形成平均長度為256bp的cDNA片段代表群,*次T與D雜交反應時,兩者總量比為1:100,第二次增加到1:400,第三次增加到1:8000,再利用PCR以指數形式擴增雙鏈模板,而僅以線性形式擴增單鏈模板這一特性,通過降低cDNA群體復雜度和多次更換cDNA兩端接頭,來特異擴增目的基因片段。特別是T減D雜交反應后僅設置了72℃復性與延伸及95℃變性這兩個循環參數,共20個循環,從而使PCR產物特異性大大提高。此技術zui大的優勢是差異條帶在Northern印跡上重現性好,假陽性少。缺點是所需起始材料較多,更多信賴于PCR技術,T與D之間若存在較多差異,或T中存在某些基因上調表達,則難達到預期目的,而且工作量比DDRT-PCR大,周期長。
三、抑制性扣除雜交
抑制性扣除雜交(suppression subtractive hybridization,SSH),是1996年Diatchenk[7]等提出的一種新的克隆基因技術,其基本原理是:先將T與D方cDNA用限制酶切割為小片段,將T方平均分為兩份,分別連接不同的接頭,然后與過量的D方cDNA進行不充分雜交。根據復性動力學原理,濃度高的單鏈分子迅速復發,而濃度低的單鏈分子仍以單鏈形式存在。然后混合兩份雜交樣品,同時加入新的變性D方cDNA進行第二次扣除雜交,雜交*后補平末端,加入合適引物接頭(接頭1與接頭2引物)進行PCR擴增。當DNA兩條鏈含相同接頭時,其PCR擴增受到抑制,而含不同接頭的雙鏈DNA分子才可進行指數擴增,其產物即為目的片段。
此技術避免了消減雜交過程中分離單雙鏈DNA的步驟,可成千倍地擴增目的片段,能分離出T方上調表達的基因,與DDRT-PCR相比,具有假陽性少重復性強的優點,它的zui大不足就是需要較多的起始材料,更多依賴于PCR技術,不能同時進行數個材料之間或不同處理材料之間的比較。
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