CN105567815A - 利用ins基因启动子区dna甲基化状态检测一种特殊类型糖尿病的试剂盒 - Google Patents

利用ins基因启动子区dna甲基化状态检测一种特殊类型糖尿病的试剂盒 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于检测一种特殊类型糖尿病的试剂盒,该试剂盒包括INS(胰岛素)基因启动子区甲基化水平检测的引物以及制备阳性对照的引物。该试剂盒通过检测胰岛素启动子区甲基化水平,为这种特殊类型糖尿病临床转归和预后及诊断提供依据。

Description

利用INS基因启动子区DNA甲基化状态检测一种特殊类型糖尿病的试剂盒
技术领域
本发明涉及通过检测胰岛素INS基因启动子区DNA甲基化水平来了解胰岛β细胞的改变,并应用于一种特殊类型糖尿病的早期检测。
背景技术
1型糖尿病是一种自身免疫性疾病,胰岛B细胞受到免疫性损伤,导致机体胰岛素分泌功能的下降,使葡萄糖不能被摄取和利用,出现以血糖升高为特征的代谢性紊乱,严重者导致酮症酸中毒,甚至死亡。患者需要长期注射胰岛素来维持生命。长期的高血糖,如果得不到满意的控制,将会导致肾脏、视网膜、神经和心血管***的损伤,这些慢性并发症是1型糖尿病患者主要的致残和致死原因。在胰岛B细胞被破坏的过程中,其速度和强度存在个体差异。有的患者表现为爆发性,有的患者是急性发作,胰岛B细胞在短时间内几乎被破坏殆尽,在诊断后即开始依赖胰岛素治疗。然而,有的患者隐匿起病且缓慢进展,胰岛B细胞被缓慢破坏,在诊断后的很长一段时间内不依赖胰岛素治疗,与爆发型和急性起病型比较,血糖更容易被控制,发生慢性并发症的风险相对较小。
人胰岛素基因启动子区在转录起始位点上游有7个CpG位点,分别距离起始转录位点-234,-206,-180,-135,-102,-69和-19bp,有研究表明胰岛素INS基因的启动子区DNA甲基化在成人和小鼠中是具有组织特异性的,而且CpG去甲基化在β细胞成熟和组织特异性表达上发挥重要作用【1】。同时,对于产生胰岛素的β细胞,其胰岛素基因启动子区去甲基化,但是对非胰岛β细胞的其它细胞来讲,则是显著甲基化【2】,因此本发明假定损伤的β细胞DNA释放到外周血中,则胰岛素基因启动子区呈现去甲基化现象,并通过胰岛素基因启动子甲基化水平监测外周血β细胞DNA含量来反应β细胞丢失情况,这种监控疾病病因,也就是监控β细胞被攻击的方法,或许可实现疾病的早期检测,并为新的治疗干预提供机制评估【3】。同时,这种去甲基化DNA,不断被检出,也说明体内尚存留胰岛B细胞,这种残存的胰岛B细胞对维护血糖的稳定至关重要,是外源性胰岛素无法替代的,有助于判断击糖尿病的转归和预后。
发明内容
本发明的目的是通过检测胰岛素INS基因启动子DNA甲基化状态,对胰岛β细胞的丢失情况进行监控,从而实现对一种特殊类型糖尿病的早期发现和病情评估。本发明经过大量实验,设计了阳性对照和甲基化特异性引物,结果发现有一个特殊类型糖尿病患者,其胰岛素INS基因启动子区的CG位点呈现低甲基化现象。
本发明采用下面的技术方案,利用胰岛素INS基因启动子区DNA甲基化状态检测一种特殊类型糖尿病的试剂盒,包括下面步骤:(1)从血液中提取基因组DNA;(2)通过PCR反应得到本试剂盒的阳性对照(低甲基化);(3)利用EZDNAMethylationGoldKit对来自不同样本的DNA及阳性对照进行重亚硫酸盐处理,用作后续PCR反应的模板;(4)PCR产物纯化后进行体外转录;(5)RNaseA特异性酶切反应及酶切产物纯化;(6)质谱检测酶切产物的分子量,从而获得INS基因启动子区的甲基化水平,并以此判断外周血中β细胞的含量,推断一种特殊类型糖尿病的发生。
本发明开发的检测试剂盒可达到如下使用目的:(1)检测临床样品INS基因启动子区是否甲基化,在INS启动子区发生去甲基化,则说明患有一种特殊类型糖尿病的可能;(2)当与其他检测方法及患者临床资料配合使用时试剂盒可能会帮助这种特殊类型糖尿病患者得到及时的诊断和治疗,减轻患者的痛苦,并判断糖尿病的预后和转归。
附图说明
图1质谱检测INS基因启动子区甲基化位点示意图。本发明试剂盒所覆盖的INS基因转录起始位点上游的7个CG位点(CG_1---CG_7),距离转录起始位点分别为:-234(CG_1),-206(CG_2),-180(CG_3),-135(CG_4),-102(CG_5),-69(CG_6),-19(CG_7)。其中-180处实心圆点为超出质谱检测的范围,即:该CG_3位点不能被检测,CG_6位点在检出率低于50%,故数据统计中去除该两个位点。
图25个CG位点低甲基化个体比率。本发明试剂盒的阳性对照样品在INS基因启动子区5个CG位点低甲基化个体比率。(CG_3和CG_6位点不能被合格检测,故无该两位点的数据。横坐标为INS基因启动子区5个CG位点,纵坐标为阳性对照样品甲基化水平的平均值。
图3正常人、1型糖尿病和2型糖尿病三组之间的低甲基化个体的比率。在正常人、1型糖尿病和2型糖尿病三组之间,低甲基化个体的比率无统计学差异。横坐标为INS基因启动子区5个CG位点,纵坐标为低甲基化个体的比率。
图4L8(1型糖尿病患者)样本重复检测结果。通过重复检测结果发现,该样本的5个位点在五次试验中均呈现低甲基化水平。横坐标为INS基因启动子区5个CG位点,纵坐标为五次重复实验甲基化水平的平均值。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步的解释说明。
本发明所用的主要试剂包括血液基因组DNA提取试剂盒购自天根生化科技(北京)有限公司,EZDNAMethylationGoldKit购买于北京天漠科技有限公司,TaqDNA聚合酶购买于宝生物工程(大连)有限公司,引物由上海生物工程技术服务有限公司合成。
实施例1样本的选择及阳性对照的制备
选择北京大学人民医院提供的8例正常人(男4例,女4例,年龄40-50岁)、8例1型糖尿病患者(男4例,女4例,年龄20-63岁)和16例2型糖尿病患者(男15例,女1例,年龄17-40岁)为实验对象。由院方告知并签署知情同意书后抽取空腹静脉血1ml。使用血液基因组提取试剂盒提取基因组DNA,OD值测量后,使用1.25%琼脂糖凝胶,电压160V,电泳20min,查看基因组DNA条带完整性,发现所提取样本的基因组DNA完整无降解,基因组主带清晰,且分子量≥10Kb。
随机选择四个样本采用引物F和引物R使用PCR扩增INS胰岛素基因启动子区(覆盖转录起始位点上游-19,-69,-102,-135,-180,-206,-234的7个位点),制备该试剂盒的阳性对照。引物F和引物R的具体序列如下:
引物F5/-CCTCCAGCTCTCCTGGTCTA-3/
引物R5/-CAGTGATCTGGGAGACAGGC-3/
反应体系为25μL,包括:(1)GenomicDNA1μL;(2)dNTP0.5μL;(3)10×PCRbuffer2.5μL;(4)MgCl22μL;(5)TaqDNA聚合酶1μL;(6)引物F0.5μL;(7)引物R0.5μL;(8)H2O17μL。
扩增程序为:94℃预变性4min,接着进入循环,在94℃变性20s,63℃退火30s,72℃延伸1min,共45个循环,之后继续在72℃延伸3min。
实施例2甲基化引物设计
参考已发表文献查找人源胰岛素(INS)基因启动子区域的CG位点情况,从NCBI数据库中,选取距离转录起始位点上游的区域,设计甲基化基因检测引物MF和MR,具体序列为:引物MF5/-aggaagagagTAGTTGTGAGTAGGGATAGGTTTGG-3/;引物MR5/-cagtaatacgactcactatagggagaaggctAACTAAAACCTAAAATCCAACCACC-3/,可以检测到INS基因转录起始位点上游-234,-206,-180,-135,-102,-69,-19共7个CG位点。
实施例3亚硫酸氢盐转化反应、PCR扩增及纯化
将提取的DNA及阳性对照根据EZDNAMethylationGoldKit说明书进行重亚硫酸盐处理2次,使得未甲基化的胞嘧啶转化为尿嘧啶,而甲基化的胞嘧啶不变。分别以重亚硫酸盐转化后的产物为模板进行PCR扩增反应。每个反应总体积8μL,包含模板DNA1μL,5U/μLHotstarTaq0.2μL,10xPCRBuffer0.8μL,10pmol/μL每条引物0.2μL,25mMdNTPmix0.8μL。扩增程序为:94℃预变性4min,接着进入循环,在94℃变性20s,63℃退火30s,72℃延伸1min,共45个循环,之后继续在72℃延伸3min。
PCR反应产物使用2μLSAP(shrimpalkalinephosphatase)纯化,去除体系中游离的dNTP。反应体系为10μL,其中PCR产物8μL,SAP混合液2μL(SAP0.3μL,RNase-freeddH2O1.7μL)。反应程序为37℃20min;85℃5min。
实施例4体外转录及酶切反应并纯化
RNaseA特异性识别片段中的T碱基,并进行酶切。反应体系包含SAP处理后PCR产物2μL,RNase-freeddH2O3.21μL,5xT7PolymeraseBuffer0.89μL,TCleavageMix0.22μL,100mMDTT,0.22μL,T7RNA&DNAPolymerase0.4μL,RNaseA0.06μL,总体积7μL。反应程序为37℃3h,反应完成后,向体系中加入20μLdH2O,6mg树脂进行纯化,在摇床上翻转30min,3000rpm离心5min。
实施例5质谱检测结果
将纯化后产物点至384孔芯片上,将点制好的芯片放入质谱仪中进行检测。使用MALDI-TOF基质辅助激光解吸附电离飞行时间质谱仪进行检测,通过分析软件输出检测数据,并给出不同样品及阳性对照在不同位点的甲基化数据。
对8个通过75克葡萄糖耐量实验确定为正常人的外周血白细胞DNA进行分析,得到各个位点(CpG1、CpG2、CpG4、CpG5、CpG7)正常范围(5%-95%分位)分别是0.59-0.75、0.62-0.71、0.49-0.68、0.19-0.32、0.40-0.61。对8个1型糖尿病患者和16个2型糖尿病患者的外周血白细胞DNA进行分析,将低于正常人5%分位的患者定义为低甲基化。在正常人、1型糖尿病和2型糖尿病中的低甲基化个体所占比例为CpG1(0%,16.7%,12.5%)、CpG2(0%,50%,25%),CpG4(0%,12.5%,12.5%)、CpG5(0,16.7%,0%)CpG7(0,12.5%,0%)。各组间低甲基化个体的比率无统计学差异。但是,在1型糖尿病患者中,检测到一个患者所有5个位点均属于低甲基化状态。
从这个1型糖尿病患者的临床特征我们发现,24岁被诊断1型糖尿病,长期胰岛素注射治疗达35年之久,血糖控制良好,仅有轻微的糖尿病视网膜病变,没有糖尿病肾病。我们认为既然糖尿病视网膜病变和糖尿病肾病是1型糖尿病主要的致残和致死原因,此患者虽病史很长,但糖尿病并发症很轻,胰岛素基因甲基化检测就有助于我们判断患者的预后,这类患者可能是一种特殊类型的糖尿病。
从阳性对照的结果来看,5个CpG位点的甲基化的水平均在0.08以下,详见图2。
参考文献
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Claims (4)

1.利用INS基因启动子区DNA甲基化状态检测一种特殊类型糖尿病的试剂盒,其包含:dNTP、10*PCRbuffer、MgCl2、H2O、TaqDNA聚合酶,其特征在于,还包括阳性对照、引物F、引物R、引物MF、引物MR;所述引物的核苷酸序列如序列表中所示,采用质谱法检测胰岛素INS基因启动子区的甲基化情况。
2.根据权利要求1所述利用INS基因启动子区DNA甲基化状态检测一种特殊类型糖尿病的试剂盒,其特征在于,所选目标区域为INS基因转录起始位点上游-19(,-69,-102,-135,-180,-206,-234共7个CG位点。
3.根据权利要求1所述利用INS基因启动子区DNA甲基化状态检测一种特殊类型糖尿病的试剂盒,其特征在于,所述阳性对照为采用引物F和引物R扩增INS胰岛素基因启动子区覆盖转录起始位点上游-19,-69,-102,-135,-180,-206,-234共7个位点的PCR产物并经过重亚硫酸盐处理。
4.根据权利要求1所述利用INS基因启动子区DNA甲基化状态检测一种特殊类型糖尿病的试剂盒,其特征在于,包括以下步骤:(1)从血液中提取基因组DNA;(2)通过PCR反应得到本试剂盒的阳性(低甲基化)对照;(3)利用EZDNAMethylationGoldKit对来自不同样本的DNA及阳性对照进行重亚硫酸盐处理,用作后续PCR反应的模板;(4)PCR产物纯化后进行体外转录;(5)RNaseA特异性酶切反应及酶切产物纯化;(6)质谱检测酶切产物的分子量,从而对INS基因启动子区CG位点的甲基化情况进行检测。
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