DNA重组技术(或基因工程)是20世纪生物学的伟大成就,并已渗透到生命科学包括医学 各个领域,为肿瘤的实验研究和临床诊断及治疗提供了崭新的技术和有用的工具。本附录扼要介绍在分子肿瘤学领域中常用的分子生物学基本技术及其在肿瘤研究中的应用,着重介绍它们的原理
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  • 分子生物学基本技术在肿瘤研究中的应用

  • 点击:    作者:   来源: 日期:2007-12-04    本站论坛


  DNA芯片技术(DNA chip)  DNA芯片技术是90年代后发展的一项DNA分析新技术,它集合了集成电路计算机、激光共聚焦扫描、荧光标记探针和DNA合成等先进技术。可用于基因定位、DNA测序、物理图谱和遗传图谱的构建等。在基因突变检测方面DNA芯片也有广阔的前景,其基本原理为将许多已知序列的寡核苷酸DNA排列在1块集成电路板上,彼此之间重叠1个碱基,并覆盖全部所需检测的基因,将荧光标记的正常DNA和突变DNA发别与2块DNA芯片杂交,由于至少存在1个碱基的差异,正常和突变的DNA将会得到不同的杂交图谱,经过共聚集显微镜分别检测两种DNA分子产生的荧光信号,即可确定是否存在突变,该方法快速简单、片动化程度高,具有很大的发展潜力,将在基因突变检测中心发挥非常重要的作用。

  连接酶链反应(ligase chain reaction,LCR) 与其他核酸扩增技术比较,其最大特点为可准确区分基因序列中单个基因突变,由Landegree于1988年首次应用于镰刀奖细胞贫血的分子诊断。LCR是以DNA连接酶将某一DNA链的5`-磷酸与另一相邻链3`-羟基连接为基础,应用两对互补的引物,双链DNA经加热变性后,两对引物分别与模板复性,若完全互补,则在连接酶的作用下,使相邻两引物的5`-磷酸与3`-羟基形成磷酸二酯二酯键而连接,前一次的连接产物又作为下一次循环反应的模板,如果配对的碱基存在突变则不能连接和扩增。LCR产物检测最初是通过这32p标记上游引物3`未端,经变性凝胶电泳分离后放射自显影加以鉴定,其检测敏感性达到200个靶分子。也可设计1个横跨两引物的检测探针,用它与LCR产物进行杂交检测。近年有应用荧光素、地高辛等非核素标记方法。Batt在1994年发展了一种更为简的方法,好微孔板夹心杂交法。由于LCR的快速、特蛋和敏感的特性,以及能检测单个碱基突变的能力,因此被应用于肿瘤基因突变的分子诊断,并与PCR结合用以提高其敏感性。

  等位基因特异性扩增法(Allele-specific amplification,ASA)ASA于1989年建立,是PCR技术应用的发展,也称扩增阻碍突变系统(amplification refractory mutation system,ARMS)、等位基因特性PCR(allele-specific PCR,ASPCR)等,用于对已知突变基因进行检测。该法通过设计两个5`端引物,一个与正常DNA互补,一个与突变DNA互补,对于纯合性突变,分别加入这两种引物及3`端引物进行两个平行PCR,吸有与突变DNA完互补的引物才可延伸并得到PCR扩增产物。如果错配位于引物的3`端则导致PCR不能延伸,则称为ARMS。ARMS和ASPCR借鉴多重PCR原理,可在同一系统中同时检测两种或多种等位基因突变位点。ASA法的检出率依赖于反应条件的优化和可能发生的引物与靶DNA有氏配时错配延伸,特别是当错配碱基为G:T时,这时可通过调整实验条件如引物靶DNA,Taq DNA聚合酶的浓度等来得高瓜在特异性。在反应体系中加入甲酰胺也可减少非特异性扩增。还可通过在引物3`端的第二个碱基引入一个错配碱基,使之与模板之间形成双重错配以阻止错误延伸。

  RNA酶A切割法(RNase A cleavage) 在一定条件下,氨基源双链核酸分子RNA:RNA或RNA:DNA中的错配碱基可被RNaseA切割,切割产物可通过变性凝胶电泳分离。当RNA探针上错配的碱基为嘌呤时,RNaseA在错配处的切割效率很低,甚至不切割,而当错配碱基为嘧啶时,则其切割效率较高。故如果仅分析被检DNA的一个条链,突变检出率只有30%,如同时分析正义和反义二条链,检出率可达70%。该法需要制备RNA探针,增加了操作的复杂性,但可用于1-2kb的大片段进行检测,并能确定突变位点。于这些优越性,它仍被作为一种经典方法用于对未知突变进行分析。

  染色体原位杂交(In situ hybridization of chromosome)染色体发现距今已有150多年的历史,染色体检测被广泛用于动、植物及人类的细胞遗传学研究,随着染色体分技术和分子生物学技术的发展。染色体研究范围也不断扩大,特别是用于肿瘤分子诊断。肿瘤细胞的染色体变化是一非常普遍的现象,可分为原发和继发两类。在肿瘤形成的生物学基础方面,原发性的染色体变化与引起肿瘤的直接原因有关,肿瘤细胞中可以发现各种形式的染色体畸变,如缺失、重复、易位、重排、单体断裂及核内复制等;继发性变化主要是肿瘤细胞核型的改变。染色体的检测对于肿瘤的诊断、鉴别诊断、生物学行为判别等方面都重要意义。染色体的检测方法进展很快,检测的精确率也不断提高,这里主要介绍荧光原位杂交和PRINS法。

  荧光原位杂交技术(fluorescent in situ hybridiaation,FISH)创建于1986年。1969年Gall和Pardue首先应用核素标记核苷酸制备探针,通过放射自显影检测杂交信号。应用核素标记的探针其敏感性可以检测到中期染色体上几百个碱基的单拷贝靶核苷酸序列,敏感性虽高,但定位不够精确。FISH具有探针稳定、操作安全,可快速、多色显示多个不同探针的杂交信号等优点。FISH的灵敏感与探针标记方法和检测仪器性能有关,探针标记时掺入的修饰核苷酸比例直接影响杂交信号强度。FISH探针一般采用随机引物法或切口翻译法,如将PCR技术引入FISH探针标记,可使其灵敏度提高到0.25kb。应用慢扫描CCD配合影像处理理软件,增强信噪比,有利于检测微弱信号,如应用TSA系统(tyramide signal amplification)能将杂交信号再放大1000倍,可用于单拷贝基因的定位。FISH分辨率大约为1-3Mb,如果应用强变性剂处理染色体,让DNA分子从蛋白质中分离出来,使双DNA完全伸展并粘附在玻片上,经引处理后,分辨率可达1-2kb。还可采用对分裂中期染色体进行显微解剖(microdissect)法以提高分辨率。FISH的另一个特点是可以联合庆用地高辛、生物素等多种标记系统, 在一次杂交中可检测多种探针在染色体上的位置及探针间的相互关系,即多色FISH或多靶FISH。FISH技术已被广泛应用于肿瘤研究中的基因扩增、易位重排及缺失等的检测,在肿瘤诊断和鉴别诊断、预后和治疗监控等方面都有重要意义。

  Klch等于1989年发明了染色体上寡核苷酸引物原位DNA合成技术(oligonucleotide primed in situ DNA synthesis,PRINS),并成功地用于染色体特异α卫星DNA标记。其基本原理是用非标记的寡核苷酸引物同染色体上靶序列特异性地杂交,在DNA聚合酶作用下,当引物延伸时,掺入标记的核革酸可直接或间接地检量标记位点。PRINS技术的优点是不需克隆基因作探针,且由于杂交反应在前,标记在后,故非特异怀背景低。缺点是信号弱,灵敏度低,为克服这一制眯,Terkelsen等建立了重复引物原位标记技术(repeated PRINS),重复进行PRINS反应,使信号号强度明显提高。基于FISH的原理,发展了多色原位经物标记(multicolor PRINS),可测定二个以上靶序列在DNA分子上的相互的位置,且特异性比FISH还高。

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