基因突变已被证明是许多癌症的分子成因。多年来,许多基因检测技术已被用来检测单核苷酸多态性(SNP),插入或缺失(indel),拷贝数变异(CNV)以及染色体改变等遗传变异。精确肿瘤学已经成为一个不断发展的领域,确定癌症患者的独特生物标志物以预测其对治疗的反应是很重要的。目前使用的诊断技术(如下一代测序、Sanger测序和多重实时荧光定量PCR)需要复杂的工作流程和先进设备,也增加了检测成本,不利于开展即时检测。
近日,杂志Scientific reports上发表了一篇题为“A new approach for the detection of genetic alterations utilizing modified loop-mediated isothermal amplification reaction (LAMP)”的文章。作者开发了一个基于LAMP的新技术,可对基因变异进行即时检测。引物在F2或B2引物的3 '端被修饰,只对突变序列有特异性。这种检测方法具有高度的特异性和敏感性,与便携式设备一起使用大大简化诊断遗传变异的流程。
作者开发的新方法依赖于分别对BIP和FIP引物的F2或B2片段进行修饰。在F2或B2引物的3′端修改2 ~ 7个核苷酸,使序列与突变后的核苷酸序列相同或相反并互补。这样在存在野生型核酸模板的情况下,F2或B2引物的3′端与模板分离,防止扩增,只特异性捕获突变。其余LAMP反应引物,即F3, B3, BIP和可选的LF和/或LB环引物,根据典型的LAMP工作流程设计。
FIP和BIP引物的设计。图片来源:Scientific reports
作者使用携带突变的5种人EGFR合成模板来检测该方法的敏感性和特异性。结果表明,该方法能够检测出至少250个目标序列拷贝的5种EGFR突变。从健康人(野生型)或水(NTC)中提取的人类遗传物质样品中没有扩增产物,证实了引物对靶标遗传改变的特异性。对熔解曲线的分析(如下图)也证实了该方法的特异性。
改进的LAMP对EGFR突变的扩增。
图片来源:Scientific reports
作者下一步研究了FIP或BIP引物内的修饰是否对反应至关重要,即这些引物与目标序列的结合是否决定扩增。结果显示,扩增产物仅在反应混合物中所有引物存在的情况下观察到(图A, B),而在没有FIP引物(图C, D)或BIP引物(图E, F)的情况下没有扩增产物。结果表明,FIP和BIP引物在LAMP反应中都起着至关重要的作用,BIP引物与FIP引物在功能上是等同的。
FIP/BIP引物在LAMP扩增反应中的作用。
图片来源:Scientific reports
2到7个核苷酸的引物修饰
可对遗传变异进行特异性检测
作者设计了7种不同的引物,分别在3 '端进行修饰,使其最终的1/2/3/4/5/6/7个核苷酸与插入和/或缺失后的核酸序列相同。结果证实,在单个核苷酸范围内修饰F2引物不能对靶标进行特异性检测(图A, B),WT和突变样本均可正常扩增。F2引物在2到7个核苷酸范围内的修饰,反应产物仅存在于突变模板样品中(图 C-F),说明在此条件下可以对遗传变异进行特异性检测。
2到7个核苷酸的引物修饰可对遗传变异进行特异性检测。
图片来源:Scientific reports
肿瘤样本通常包含突变细胞和健康细胞的混合物,作者评估了设计的引物在在野生型DNA存在时对突变DNA的特异性。实验采用变异等位基因频率(VAF)分别为0.01%、0.1%、0.5%、1%、5%和100%的野生型和突变DNA混合物。检测每个样品的荧光信号所需的时间见下表。结果显示,当VAF为0.1%,0.5%,1%,5%和100%时,可在所有重复的实验样品中观察到信号;当VAF为0.01%时,在三次重复中有两次观察到产物。在仅含有野生型DNA和NTC的样品中未观察到信号。结果证实,在VAF低至0.1%的DNA中,所设计的引物对突变DNA也具有特异性。
引物在突变型和野生型DNA混合物中的特异性。
图片来源:Scientific reports
考虑到LAMP技术的优势,作者开发了一种利用LAMP技术检测基因变异的新方法,可用于即时检测。在F2或B2引物3′端修改2 ~ 7个核苷酸,使序列与目标变异后的核苷酸序列相同或相反并互补。这种方法在存在野生型核酸模板的情况下,F2或B2引物的3′端与模板分离,防止扩增。该方法的特异性和敏感性分析证实,此检测方法具有足够的特异性,敏感性估计为目标序列的250个拷贝。利用廉价的嵌入染料产生荧光信号,降低成本。此方法可以简化遗传变异的多重检测,不仅可以用于肿瘤学,还可以用于任何需要检测遗传变异的诊断部门。