家族性肥厚型心肌病相关cTnI基因突变检测芯片的制备及应用

摘要

基因芯片,又称DNA微阵列,是由固定于固相载体表面的核苷酸探针阵列所构成的一种新型微型器件.它基于核酸分子杂交的原理,可直接、平行的得到大量的核酸序列信息.基因芯片以其高通量、高信息量、且自动化程度高的特点成为检测基因突变的最佳方法之一.肥厚型心肌病(HCM)是一种以心肌非对称性肥厚为特征的原发性心肌病,是遗传异质性疾病,属常染色体显性遗传,约55％以上的患者有家族史.HCM是一种常见的心肌病,会使健康青年猝死,是危害人类健康的主要疾病之一.该课题针对心肌肌钙蛋白I(Cardiac troponin I,cTnI)基因上4个外显子的突变进行了一系列基于基因芯片原理和技术的系统实验研究,这四个外显子的突变与家族性肥厚型心肌病(Family Hypertrophic Cardiomyopathy,FHCM)的发生密切相关.最终目的旨在开发高灵敏度、高特异性的家族性肥厚型心肌病相关cTnI基因突变检测芯片.为此,该文对有关基因芯片的制作进行了初步的研究,并制备了cTnI基因突变检测芯片,取得了较为满意的结果.我们首先参照文献设计了能特异扩增靶序列的引物,并对从新鲜血液中提取出的DNA进行PCR扩增,摸索并优化了PCR扩增的反应体系与退火温度、循环次数等扩增条件.为了使操作简化,随后我们探索了多重PCR扩增技术,实现了对该基因上4条外显子的二重或三重PCR扩增.实验结果表明:Mg<'2+>离子浓度对多重扩增效果影响很大,较低的Mg<'2+>浓度有利于提高特异性.此外,在相同条件下,适当高的退火温度可以增加扩增的特异性,在我们的实验体系中,退火温度为64℃时扩增的特异性最佳.为了制作基因芯片,我们针对外显子上的突变特征设计了特异性探针,制备了可以同时对cTnI基因上四条外显子的突变进行检测的集成式芯片.并通过与扩增得到的靶序列进行杂交,系统摸索并优化了杂交温度、杂交时间等杂交条件对杂交结果的影响,取得了较好的特异性杂交/非特异杂交信号强度比.将该芯片应用于遗传性肥厚性心肌病相关基因突变的分析,结果表明,该芯片检测突变正错配区别明显(正中碱基错配的信号强度是完全正配信号强度的50％左右)、荧光强度比值符合理论估计、并与医院临床分析结果一致.

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

第一节基因芯片

§1.1.1基因芯片的概念及检测流程

§1.1.2基因芯片技术原理及其制备

§1.1.3基因芯片的应用和研究意义

第二节家族性肥厚型心肌病简介

§1.2.1家族性肥厚型心肌病及其特点与危害

§1.2.2家族性肥厚型心肌病的分子生物学基础

§1.2.3 研究现状

第三节本课题的设计流程及研制本芯片的意义

参考文献

第二章基因芯片的制备

第一节固相载体的处理

§2.1.1实验试剂和仪器

§2.1.2玻片的清洗及硅烷化

§2.1.3手臂分子的联接

第二节探针分子的联接与固定

§2.2.1实验试剂和仪器

§2.2.2探针的点样及固定

参考文献

第三章靶基因的扩增

第一节聚合酶链反应(PCR)的基本原理

§3.1.1基本原理

§3.1.2影响PCR结果的主要因素

第二节PCR扩增条件的优化

§3.2.1 PCR扩增条件的优化

§3.2.2多重PCR的基本原理及优点

§3.2.3多重PCR的影响因素与反应体系优化

第三节PCR扩增反应

§3.3.1引物设计的原则及使用的软件

§3.3.2基因组DNA的提取

§3.3.3实验试剂和仪器

§3.3.4反应体系及条件

第四节实验结果

§3.4.1琼酯糖凝胶电泳检测结果

§3.4.2扩增产物的纯化及测序检测结果

参考文献

第四章基因芯片与靶基因的杂交

第一节探针的设计

§4.1.1核酸探针

§4.1.2探针设计的原理

§4.1.3探针列表

第二节核酸的杂交

§4.2.1核酸分子杂交的原理

§4.2.2核酸探针的杂交模式

第三节芯片杂交

§4.3.1实验试剂和仪器

§4.3.2杂交体系及步骤

§4.3.3杂交结果的检测与分析

第四节集成式芯片的制作与检测

参考文献

第五章总结与展望

附录：主要试剂的配制

致谢