用于人染色体作图的典型探针是cDNA或克隆的基因组DNA片段,大多数cDNA由单拷贝顺序组成,SCP由单拷贝的基因组顺序组成。而大多数的克隆基因片段中除了单拷贝顺序外还有插入重复顺序(interspersed repeatitive sequence,IRS),如Alu,据分析每3-5kb就有一个Alu顺序,所以在用cos质粒核YAC(yeast artificial chromosone,酵母人工染色体)作为探针时,就会有一些重复顺序干扰单一顺序产生特异性信号。通常将标记好的探针片段变性,与过量的非标记的竞争DNA一起复性,常用的有人总DNA或Cot1DNA。这是探针中的IRS就很快地与竞争DNA中地IRS结合,剩下的是已标记了单拷贝顺序,所看到的染色体上的杂交信号就表明了单拷贝顺序所在的位置,这一过程在FISH中叫做抑制性杂交。抑制性杂交的使用使FISH的应用更加广泛,并可能在人类基因组的研究中发挥其作用。
3.FISH在人类基因组研究中的应用 FISH作为确定基因片段在染色体上位置最直接的方法,在人类基因组研究中的应用日益广泛深入。所研究的基因片段通常克隆在质粒,phage,cosmid核YAC中,可以用FISH技术知道其在分带染色体上的位置,也可以以次手段进行某种遗传病的诊断。
3. 1 SCP(single copy probe)的定位
SCP的定位是染色体骨架图构建的主要内容之一当SCP用生物素标记之后,与中期染色体杂交,用免疫荧光标记的试剂检测,就可以明确地知道某个SCP在做好分带的中期染色体上的位置。SCP的定位是应用FISH技术进行人类基因组研究中的最简单的一种。但是太小的片段在实际工作的难度较大。FISH不仅可以使SCP可以直接定位于染色体上,也可以定位于间期核,为高分辨率的基因作图和核组织分析提供了有力的手段。
3. 2 Cos质粒的定位
cos质粒的克隆容量约为35-45kb,在FISH刚开始应用时这个大小是很适合于做探针的,在使用抑制性杂交之前是先分离cos质粒的插入片段中的单拷贝顺序,然后才进行杂交。应用了抑制性杂交步骤之后一切就方便多了。1992年Fan报道了他们将50个cos质粒克隆用FISH定位到了染色体上的结果。其中38个在X染色体上分布于长臂或短臂上,另外10个分布于中心粒上。这些结果促进了X染色体的作图,同时分布于X和8号染色体中心粒上的那些cos质粒,将有利于这些区域的结果和组成的研究。1990年,Lichter等人报道,运用数字图像技术分析cos质粒为探针的FISH结果,所用的染色体是早中期染色体,结果和杂交细胞株系列的结果一致。当3个或3个以上的cos质粒同时杂交时,可以得出它们在染色体上的顺序。1991年,Trask报道,将2个或3个cos质粒经两种不同颜色的荧光标记之后,与间期核进行杂交,由此排出了7个cos质粒的顺序,精度在50kb。
3.3 YAC的定位核YAC重叠群(contin的构建
YAC的容量比起cos质粒来就更大了,最大的可达1~2Mb。定位YAC的方法有三种。有些探针在染色体上的位置已知(可以用FISH来定位),而又可以肯定它在某个YAC中,那么这个YAC在染色体上的位置就确定了。YAC也可以直接进行FISH。先抽提酵母的DNA,然后脉冲电泳分离出YAC的插入片段,用此插入片段进行FISH;现在PCR技术越来越成熟,可以用Alu PCR法扩增YAC的插入部分,将Alu PCR产物来进行FISH。在多个YAC分别定位的基础上,或根据几个YAC经过多色标记后同时与染色体杂交后的结果,可以按YAC间的相对位置来构建YAC重叠群。所得的结果可通过一个YAC经标记后与YAC库内的其他YAC进行杂交的结果来验证。1991年Montanaro报道,他们用FISH的方法定位了102个YAC。这些YAC覆盖了Xq24-Xq28的50%的区域。他们定位的精度是0.5带,所以这102个YAC就分布在9个区段内(半条带为一个区段)。这些结果综合起来为YAC重叠群的构建提供了一条道路。
YAC DNA的FISH不仅可以为构建YAC contig提供数据,同时也可以用这一方法来检测YAC中的嵌合(chimeric)YAC。YAC克隆可以克隆大片段的DNA,但是随之也带来了缺点,其中主要的一点就是嵌合DNA片段,在克隆过程中相互连接或转化过程中同源重组,克隆进了一个YAC,应用FISH就是可以发现一个YAC经标记荧光后原位杂交可以在一个以上的染色体区域产生特异性信号。这是发现嵌合YAC的最简便而直接的方法。这对于人类基因组的研究有很重要的意义。
定位一个克隆片段在染色体上的位置的另外一个方法是探针与杂交细胞株系列(Somatic cell hybrid Panel)进行杂交,因为各个细胞株所含的人染色体区段不同,杂交结果就可以说明克隆片段的染色体上的位置。研究结果表明FISH定位的结果和杂交细胞株系列的结果一致。在今日,FISH技术日趋成熟,精度越来越高的情况下,使用杂交系细胞株系列定位的人越来越少了。
4.FISH技术的新进展 1993年9月,美国德克萨斯周癌症治疗和研究中心德Parra和Windle报道了迄今为止精度最高的FISH。这是一种新的作图方法,在这一技术中,双链DNA完全伸展并依附在载片上,与生物素或地谷新标记的探针杂交之后,用荧光抗生素蛋白或其它抗体检测DNA探针在伸展DNA链上的分布是可见的,并可以用荧光显微镜记录下来,从这一图像,可以作出一图谱,称为直视杂交DNA图谱(direct visual hybridization DNA Map,DIRVISH),这一作图技术遵循这样一个原理,一个小的DNA区域(假定为5kb),当它伸展到一定的长度时,这是可以在显微镜下看见的,基于这样的数据:对于完全伸展的双链DNA来讲,每对碱基所占的长度为0.34nm,那么5kb的DNA长度为1.7μm,一个40kb的cos质粒将占13.6μm,一个500kb的YAC将占据170μm,在制备载片时,先将细胞固定在载片的一端,然后用去污剂消化,让溶液中的DNA动态地流到另一端,就得到了伸展的DNA双链,结合常规FISH就可以得到DIRVISH图。这篇文章报道了他们在两天内作出的一个结果,一个跨度为200kb,含有五份拷贝的扩增的二氢叶酸还原酶基因的图谱。
在进行与疾病有关的某个基因片段的FISH时,除了与中期染色体杂交外,还以肿瘤细胞为材料。在美国,有人成功地进行了单个细胞的FISH和单个精子的FISH。更有甚者,将试管中的八个细胞取下做FISH,再把七细胞胚胎植入体内。
除了在人体基因组研究中的应用之外,FISH在其他方面也大有用武之地。
如病毒检测,应用FISH方法可以了解细胞内病毒是否已整合,如果整合了其取向如何,拷贝数目多少。
定量分析。用于研究表达。如mRNA在细胞中的分布及量的多少。更大而言之,可以用此方法检测和定位某一特定核算的组织,细胞和基因组中的分布。
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