(三)Northern blot
用于RNA分析,電泳條件與轉膜方法與Southern blot不同外,RNA不必變性與中和,電泳時加電醛防止RNA發夾結構形成。其它步驟相同。
為了防止RNase水解需分析的mRNA,盡可能將器皿在160-180℃干熱滅菌8小時以上,也可加0.1%焦碳酸二乙酯(DEPC)泡2小時,滅菌水淋洗干凈,100℃干烤15分鐘。不能干熱滅菌的試劑等,也可加1%DEPC處理12小時(但不能用于Tris)后,100℃。加熱15分鐘(或高壓滅菌15分鐘)以抑制、分解RNase。1.0g瓊脂糖,滅菌水80ml加熱溶解。加x50TAE2ml,EB25μl,滅菌水至1000ml。樣品緩沖液,x50TAE20μl,50%去離子甲酰胺500μl,甲醛180μl,混勻。約10-30μg/10μl純化的RNA樣品,加二倍(20μl)樣品緩沖液(可點樣一個凝膠孔lane)。60℃水浴15min,馬上置冰浴。加1/10電泳指示劑。點樣電泳,75-80V電泳4-5小時(指示劑泳動7~200px),結束電泳。電泳期間正負極緩沖液要不斷交換(可用蠕動泵),以免pH改變。電泳結束,將凝膠放在紫外光下可觀察到人rRNA大亞基28S(5.1kb),小亞基18S(2.0kb),記下大小亞基移動距離(或拍照),可作為被測mRNA分子量分析的參照物。凝膠在50mmol/L NaOH中變性30分鐘(低濃度堿,此步可省)。膜在10xSSPE中浸20分鐘。用10xSSPE轉移過夜(同Southern blot)。80℃1-2小時干燥。用探針雜交后,顯影或顯色。
(四)原位雜交(insitu hybridization)
在保持細胞形狀條件下,進行細胞內雜交,顯影或顯色。用于DNA或RNA分析。
細胞用離心涂片機涂片或組織切片置于載玻片上。4%多聚甲醛(PFA)/PBS固定(固定時間因標本而異10-20分鐘,也可用含2%甲醛,0.05%戊二醛,2.5mmol/L CaCl2的0.1mol/L磷酸緩沖液pH7.3,500W微波爐中照射10-20秒,固定)。馬上用PBS洗標本三次,2.5μg/ml蛋白酶K,37℃,5-20分鐘(因標本和固定條件而定)處理。磷酸鹽類緩沖液(PBS NaCl 137mmol/l,KCl 2.7mmol/L,Na2HPO48.1mmol/L,KH2PO41.5mmol/L)洗滌。4%PFA/PBS后固定,PBS洗一次,0.2%甘氨酸/PBS洗二次,每次15分鐘。預雜交:42℃,1小時。預雜交緩沖液:10%硫酸葡聚糖,10%Denhardt液,0.5%吐溫-20,250μg/ml鮭魚精子DNA,500μg/ml酵母tRNA。雜交:42℃,4小時。用2x雜交緩沖液(4xSSC,0.2mol/L磷酸鈉pH6.5,2xDenhardt)溶解已標記探針,使其終濃度為0.1-1.0μg/ml。DNA檢測時把探針覆蓋在標本上,置100℃5分鐘(變性)取出,雜交。mRNA檢測則先把探針置95℃水浴3分鐘,立即置冰水浴,再覆蓋標本上進行雜交。覆蓋標本用液量100-200μl洗滌:2xSSC,50℃過夜。0.2xSSC,室溫1小時。載玻片浸在緩沖液中。顯色(試劑、方法參照斑點雜交的封閉-顯色部分)20分鐘-2小時,顯微鏡下觀察結果。
二、核酸擴增技術
通過大腸埃希菌繁殖而增殖重組質粒,也是擴增核酸的手段。但在試管中有效擴增DNA的方法,是在90年代才開展起來的多聚酶鏈反應(polymerase chain reaction,PCR)新技術。由于PCR靈敏度高、特異性好、操作方便,在我國發展很快。目前,PCR技術結合分子生物學實驗技術(如逆轉錄反應雜交技術等)開發了許多PCR新技術(reverse transcriptase PCR;PCR-single strand conformation polymorphism,PCR-SSCP;巢式PCR(二次PCR);熱啟動PCR等)。RT-PCR用于RNA分析;PCR-SSCP分辨率高,可用于點突變分析;二次PCR特異性好,靈敏度高;熱啟動PCR可提高特異性。
PCR技術原理是在了解DNA一級結構基礎上設計引物(primer或sense,人工合成),DNA多聚酶可識別并結合引物,以單鏈DNA為模板,dNTP為底物,合成其互補鏈。通過反復變性,反復合成互補鏈的過程,達到DNA擴增的目的。人的DNA擴增引物長度多為20個核甘酸。
PCR反應:DNA樣品0.1-1μg,引物1,2各25-100pmol,dNTP各200μmol/L,Tris-HCl(pH8.3)10mmol/L,KCl 50mmol/L,MgCl2 1.5mmol/L,gelatin(明膠)0.01%,Taq多聚酶2.5-5U,礦物油一滴。93℃7分鐘→50-55℃2分鐘→70-72℃3-1.5分鐘→93℃2分鐘。
將反應物和Marker點樣于凝膠一起電泳,紫外光下觀察結果,拍照保存結果。反應物也可用于印跡(雜交)實驗、多態分析、探針制備等。
注意事項:①DNA樣品純度高,Taq酶(和Klenow酶)有逆轉錄酶活性,DNA和RNA不能混在一起。②設計的引物分子內(特別3′端)和引物,1,2分子間不形成雙鏈。選擇性好,不增幅目的DNA以外區域的DNA。引物的G+C含量為40%-60%。③dNTP濃度過高易使Taq酶合成錯誤,一般在200μmol/L,有人建議40-50μmol/L。④KCl>75mmol/L對酶有抑制作用。Mg2+濃度過高,NDA不易變性,>10mmol/L可抑制酶活性40%-50%。⑤多聚酶:Taq多聚酶從嗜熱菌分離得到(1989年,在此以前1985年利用Klenow酶因不耐熱每經過一次熱變性要補加一次酶),現在經基因克隆的重組體產物Taq酶最適pH8.3~8.8(室溫8.3-8.4),反應溫度75-80℃,95℃以上失活明顯。無3′→5′校讀活性,對SDS敏感(<0.01%活性也受到抑制,加吐溫-20可抵制SDS抑制)。該酶有逆轉錄酶活性。⑥退火溫度一般設定為Tm-5℃,但實際上與引物一級結構序列有關,設計不當可造成非特異性退火,而造成非特異擴增,此時應調整溫度和相應的時間。⑦循環次數受到的影響因素較多,增加次數可提高靈敏度,但易出現非特異擴增。⑧PCR靈敏高,被檢樣品極易被污染,樣品純化,擴增,檢測區域應分開。房間應經常用紫外光照射。擴增物應定點丟棄,處理。
三、核酸限制性片段長度多態性(RFLP)分析
RFLP分析是限制性內切酶、核酸電泳、印跡(blot)技術、探針-雜交技術的綜合應用,多用于臨床遺傳性疾病的基因診斷。基本原理是遺傳性疾病多有基因的缺陷,如基因缺失、基因插入、編碼區小范圍核苷酸序列改變或點突變等。前二者可將純化的正常人和病人DNA同時用限制性內切酶切成片段,經電泳分離、印跡、探針雜交等找到目的基因。由于患者基因的缺失或插入,造成被限制性內切酶切開的片段(分子量)大小與正常人發生差異(限制性片段長度多態),使其電泳遷移率發生差異,而達到基因診斷的目的。小區域或點突變,可選用一個限制性內切酶的切點正好在這一變異位置,使切割作用和正常人發生差異(如正常人基因可切斷而患者不能,或反之),達到診斷目的。現在PCR產物經變性為DNA單鏈,用聚丙烯酰胺凝膠電泳分離,只要有一個核苷酸發生變異,其電泳遷移率就會改變,進行多態分析(PCR-SSCP)。實際上把基因的異常位置設計在PCR擴增區域內,就能進行多態分析。(圖18-8)
核酸純化→內切酶作用→電泳分離→Southern blot→探針-雜交→顯影,顯色
四、核酸一級結構(核苷酸序列sequence)分析
核酸一級結構分析是基因分析最直接的第一手資料。目前DNA、RNA以及蛋白質的一級結構分析中,DNA的堿基序列分析方法多樣、簡單、快速。下面就M13噬菌體-雙脫氧核苷酸(ddNTP)的DNA測序法介紹如下。
M13是單鏈DNA噬菌體,轉染宿主菌體復制為雙鏈增殖,又以單鏈形式透出菌體。把待測DNA重組插入雙鏈M13復制型DNA中,經培養擴增,可分離得到單鏈M13DNA(含待測單鏈DNA的堿基序列),即復制模板。在待測DNA的3′端人工合成引物,在DNA聚合酶Ⅰ作用下,復制鏈延長。在ddNTP(2′,3′雙脫氧核糖核苷三磷酸)存在下,復制延長隨機受阻,形成分子量(長度)大小不等的片段。電泳分離,自顯影,讀圖18-9分析堿基序列。
0.2-0.3mm厚度聚丙烯酰胺-尿素凝膠,高壓(1600V)電泳,可分辨一個核苷酸的差異。電泳后干燥凝膠,自顯影,自下往上讀圖,得到5′→3′的合成鏈堿基序列,其互補鏈是待測DNA的3′→5′堿基序列。