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SNRPN基因rs220030位点的分型及甲基化亲缘相关性

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法医学杂志 2013年4月 第29卷 第2期 ・103・ SNRPN基因rs220030位点的分型及甲基化亲缘相关性 李辉 ,徐红梅 ,赵贺 ,李备栩 ,周怀谷 ,赵子琴 (1.复旦大学上海医学院法医学系,上海200032;2.法医物证学现场应用技术公安部重点实验室上海市现 场物证重点实验室,上海200083) 摘 要:目的建立变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel eleetrophoresis,DGGE)技术与焦磷酸测序 技术对小核核糖核蛋白多肽N(smal1 nuclear ribonucleoprotein polypeptide N.SNRPN)基因rs220030位点 的分型方法。建立应用焦磷酸测序技术分析CpG甲基化状态的方法。探讨rs220030位点用于亲缘等位基 因判定的可行性。 方法应用DGGE技术对97例上海地区汉族家系血样rs220030位点进行分型.同时应 用焦磷酸测序技术对其中25例血液来源的家系样本的rs220030位点分型,并对两种方法在SNP分型结果 上进行比较。通过重亚硫酸盐修饰联合焦磷酸测序技术分析随机2组家系样本rs220030位点上游CpG甲 基化状态,判断甲基化是否有亲缘相关性。 结果经DGGE检测97例家系血样rs220030位点分型结果为 C纯合子20例,T纯合子29例,C/T杂合子48例。经焦磷酸测序检测25例血液来源的家系样本结果与 DGGE检测结果一致。经重亚硫酸盐修饰联合焦磷酸测序技术分析,2组血液来源的家系子代的rs220030 位点上游CpG甲基化状态均与母亲较相似。结论相比DGGE技术,焦磷酸测序技术更精确、方便,适合 大样本、高通量SNP分型。重亚硫酸盐修饰联合焦磷酸测序技术可以精确分析CpG甲基化状态 rs220030 位点可用于亲缘等位基因判定 关键词:法医遗传学;多态性,单核苷酸;核糖核蛋白类,小核:甲基化:变性梯度凝胶电泳 中图分类号:DF795.2 文献标志码:A doi:10.3969(i.issn.1004—5619.2013.02.006 文章编号:1004—5619(2013)02—0103—04 Genotyping and Parental Related Methylation of SNRPN Gene rs220030 Ll H .一 Xu Hong-mei1,ZHA0 Yun1 Ll Bet一。c ,zHoU Huai-gu2,ZHAo Zt—qini (1.Department of Forensic Medicine,Shanghai Medical College,Fudan University,Shanghai 200032,Chi— nag 2.Shanghai Key Laboratory of Crime Scene derice.Key Labortoray of Forensic Evidenee and Sci— ence Technology,Ministry of Public Security,Shanghai 200083,China) Abstract:Objective To establish two methods by denaturing gradient gel electrophoresis(DGGE)and PY— rosequencing for genotyping rs220030(a SNP in the promoter region of small nuclear ribonucleoprotein polypeptide N,SNRPN).To establish an analytical technique for detecting CpG methylation status by py— rosequencing and to further investigate the feasibility of applying rs220030 to the determination of parental origin allele.Methods The rs220030 of 97 blood samples from individuals of Shanghai Han population were genotyped by DGGE,meanwhile the rs220030 of 25 blood samples of them were geno. typed by pyrosequencing to compare the two methods in genotyping SNP.Pyrosequencing united bisulite fconversion method was applied to detect CpG methylation status of region upstream rs220030 of two random blood genealogical samples and investigate whether the methylation status was parental related. Results The rs220030 genotyping results of 97 blood samples detected by DGGE were 20 C homozygote, 29 T homozygote.and 48 C/T heterozygote.Twenty—five blood samples genotyped by pyrosequencing showed the same result with DGGE.The CpG methylation status of region ups ̄eam rs220030 of the child was similar to the mother.Conclusion Compared with DGGE,pyrosequencing is more accurate, convenient.and suitable for large samples and high throughput SNP genotyping.Pyrosequencing united bisulfite conversion can be used to detect CpG methylation status precisely.It is feasible to apply rs220030 to parental origin allele determination. Key words:forensic genetics;polymorphism,single nucleotide;ribonucleoproteins,small nuclear;methy— lation;denaturing gradient gel electrophoresis 单核苷酸多态 [ ̄(single nueleotide polymorphism. 定性更高,在法医学领域可作为STR基因座的有力 补充手段。印记基因是指亲缘依赖性单等位基因表 SNP)在人类基因组中的总数超过300万l11.且遗传稳 作者简介:李辉(1986~),男,上海人,硕士研究生,主要从事 法医物证学研究;E—mail:10211010055@fudan.edu.an 达,即只有一个父源性或母源性等位基因表达,印记 基因的表达不符合经典的孟德尔遗传定律,其表达与 否取决于其亲代来源 DNA甲基化是基因印记的重要 标志.DNA甲基化差异的区域被称为差异甲基化区 通信作者:赵子琴,女,教授,主要从事法医病理学及法医临床 学研究:E—mail:zqzhao@shmu.edu.cn ・104・ Journal of Forensic Medicine,April 2013,Vo1.29,No.2 域(differentially methylated region,DMR)。Huang等圆 应用PIA法检测H19基因上游片段4个SNP位点。 成功对父源和母源印记基因进行了判定,表明等位基 irte试剂盒(德国QIAGEN公司),PCR扩增试剂盒(上 海天根生化科技有限公司)。 1.2样本及DNA提取 因亲缘差异性DNA甲基化联合毗邻的SNP位点多 态性在法医亲权鉴定中有良好的应用前景【31。 rs220030位点位于小核核糖核蛋白多肽N基因 (small nuclear rih0nucle0protein polypeptide N,SNRPN) 收集97例上海地区汉族人群家系血样(25例血 液样本由瑞金医院提供.72例血痕样本由司法部司 法鉴定科学技术研究所提供),其中有29个三联体家 系样本和2个五代家系样本。运用QIAamp DNA Micro 试剂盒提取DNA。 上游启动子区域,rs220030位点上游存在若干CpG, 其邻近的rs220028已被证实可用于亲缘等位基因判 定[41。本研究先运用DGGE技术对97例上海地区汉 族家系血样的rs220030位点进行定性分型,同时运 1.3引物合成 根据GenBank序列资料提供的rs220030位点正 反向序列信息,应用Primer Premier 5.0软件设计一 对DGGE测序引物。由上海生工生物技术公司合成 (表1)。应用PyroMark Assay Design Software 2.0软 用焦磷酸测序技术对其中的25例血液来源的家系样 本的rs220030位点进行定量分型并加以比较,结合 重亚硫酸盐修饰方法通过焦磷酸测序分析三联体家 系样本rs220030位点上游CpG甲基化状态的关联 性,判断rs220030是否可用于亲缘等位基因的判定。 件设计4对焦磷酸测序引物(1对用于SNP分型,3对 用于检测rs220030上下游CpG甲基化状态),由上海 英骏生物技术公司合成(表2)。 表1 DGGE测序引物 引物 正向 反向 GC—clamp 1材料与方法 1.1仪器与试剂 9700型PCR扩增仪(美国AB公司),DCode通用 序列(5 一3 ) GC—clamp—AGTCTGGCGTATrr GCA 兀 GA ACACCACTGGCCAAACAATCC CGCCCGCCGCGCCCCGCGCCC 突变检测系统(美国Bio—Rad公司),紫外凝胶成像仪 (上海复日科技有限公司)。PyroMark Q96 ID焦磷酸 测序仪、QIAamp DNA Micro试剂盒、EpiTect Bisul— GTCCCGCCGCCCCCGCCGC 表2焦磷酸测序引物 引物 正向(5 一3 ) 反向(5 — 3 ) 测序(5 — 3 ) SNP分型 I IrrCTI ITGGAAGGArrIrrCAAGTC GGCCAAACAATCCTAATI ACACT TI1rrCCAAACCAGC Irr 第一个CpG TGAT1TFGGGGGAGATAATTTTTATAATTT CCCTAACTCTAAAAACATACTACAT GAAAGTAGAAAAAGGGTAG 第二个CpG GGATATrrrrrI ITGGAAGGATITITAAGT ACTCACCCTCAAATCTTCCTATA GGAAGGATITrAAG3TFGG 第三个CpG GGATA3T1333TITGGAAGGATI3 ̄AAGT CTAATITACACTCACCCTCAAATCTF ATVFGTATrGATrGTGGTFAT 1.4 PCR扩增 到60℃,10 L PCR扩增产物与2 L 6×溴酚蓝二甲 苯青上样缓冲液混匀后点样.电泳电压170V,电泳时 间210min。电泳结束后,凝胶经EB染色30min后, DGGE的PCR反应体系为10 L:DNA模板4 L, 正反向引物各0.5 L,PCR反应混合液5 L。扩增条 件:95℃5min;94 oC 30 S,60℃30 S,72℃60 S,35个 循环:95 c(=5min 用紫外凝胶成像仪观察结果。 1.6焦磷酸测序技术SNP分型 采用焦磷酸测序技术对25例血液来源的家系样 焦磷酸的PCR反应体系为50 L:H20 34.8 IxL, 缓冲液10 L,dNTP 1 L,P1 1卜LL,P2 1 L,DNA模 板2 L, 酶0.2 L。扩增条件:95℃5 min;95℃ 30 S,53℃30 S,72 oC 60 S,38个循环;72 oC 7min。 本rs220030位点进行分型,根据PyroMark AQ模式设 计好程序并在试剂仓内加好程序给定剂量的反应酶 底物和dNTP等试剂,并通过PyroMark AQ—SNP模式 1.5 DGGE技术SNP分型 采用DGGE技术对97例家系样本rs220030位 点进行分型,变性梯度凝胶由l0%聚丙烯酰胺『 (丙 烯酰胺): (双丙烯酰胺)=37.5:1]配制而成,变性剂含 量梯度范围35%~65%,100%变性剂包含7 mol/L尿 素、40%去离子甲酰胺,1xTBE作为电泳缓冲液加热 读取分析结果。 1.7重亚硫酸盐修饰 随机选择2组血液来源的家系样本用EpiTect Bisulifte试剂盒进行重亚硫酸盐修饰。反应体系为 140 L(85 L亚硫酸盐混合液,35 L DNA保护缓 冲液,20 L DNA模板),根据试剂盒说明书完成操作。 ・106・ 表3家系样本rs220030上游甲基化状态 f%) 3讨论 3.1 rs220030位点的DGGE技术SNP分型 变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel elee. trophoresis.DGGE)技术作为一种经典的电泳SNP分 型技术,对于小规模、低通量的SNP分型或者突变检 测中具有一定的实用性。DGGE是利用DNA片段双 螺旋解链温度(Tm)的差异进行突变分析。DNA片段 在变性梯度凝胶中电泳时,起初双螺旋DNA片段以 恒定速率向前迁移,在抵达变性效果相当于其Tm值 的变性剂浓度点时,双链DNA开始部分解链而呈分 支状使其迁移速度极度减缓,几乎处于“停顿”状态。 长度相同的DNA片段,即使仅存在单个碱基改变,也 将影响邻近碱基间的相互作用,导致Tm值改变,从而 使DNA片段在相同电泳时间内因不同位移而得以分 离l 5l。赵赞等[61运用DGGE技术与TaqMan探针技术对 100例上海汉族人群rs220030位点进行分型得出群 体遗传学数据,证明该SNP位点满足法医亲权鉴定 和个人识别的需要。本研究运用DGGE技术对97例家 系样本进行rs220030位点分型,检测出1条电泳谱带 的为纯合子(靠下的为C纯合子,靠上的为T纯合子), 4条电泳谱带的为杂合子(2条为同源双链。2条为异 源双链)。同时本研究在引物的5 端加入一段40bp 的GC—clamp序列可立刻提高其对单碱基突变的检 测效率,与Shefifeld等l7】得出相同结论。 3.2焦磷酸测序技术SNP分型的优势 焦磷酸测序(pyrosequencing)是一种实用的短序 列实时检测技术,能够准确定量检测出单个SNP位 点的多态性Is]。在SNP分型上,DGGE技术存在操作 过程繁琐、通量低、一次仅能检测十多个样本、变性梯 度凝胶配制难度大等问题,而焦磷酸测序技术一次测 序只需设计一对扩增引物和一个测序引物即可.不需 要制胶、毛细管、荧光染料和同位素,易于构建标准化 的操作流程进行大样本群体SNP分型,灵敏度高、准 确性高、精确性好。与传统的直接测序法比较,焦磷酸 测序技术可以读出引物结合以后的临近碱基.更有助 于对小片段的精确定性,而传统的直接测序法在引物 结合位置后的20个碱基左右通常不可读。本研究针 对25例血液来源的家系样本进行焦磷酸测序.C纯 Journal of Forensic Medicine,April 2013,Vo1.29,No.2 合子结果为C:100%,T:0%;T纯合子结果为C:0%, T:100%:C/T杂合子结果为C和T百分比各占一半 左右(C:58%,T:42%)。结果与DGGE技术检测结果 一致,但相比DGGE技术,进行焦磷酸测序操作过程 简单直接,无需配制变性梯度凝胶,无需反复摸索电 泳条件,并且在结果观察上,相比观察DGGE电泳谱 带可能出现伪带的情况。焦磷酸测序结果更为直观。 3.3焦磷酸测序技术分析CpG甲基化状态 应用焦磷酸测序对CpG甲基化状态进行分析, 结合重亚硫酸盐修饰方法,用重亚硫酸盐将未甲基化 的胞嘧啶(C)修饰为尿嘧啶(U),甲基化的胞嘧啶保 持不变,经过PCR扩增后,尿嘧啶(U)将变成胸腺嘧 啶(T),由此单个CpG甲基化状态的分析就转化为普 通SNP位点的C/T单碱基多态性分析.其中等位基 因C的频率即为基因甲基化的程度,能够准确定量 分析出待测基因的CpG甲基化状态[91。本研究对经过 重亚硫酸盐修饰的2组家系样本进行rs220030上游 CpG甲基化状态进行分析,单个CpG等位基因C的 频率即为该CpG上胞嘧啶甲基化程度,如家系1母 亲样本3个CpG的C等位基因频率分别为66%、64%、 55%,表示这3个CpG胞嘧啶的甲基化程度分别为 66%、64%、55%。 3.4 rs220030位点上游CpG甲基化亲缘相关性 通常亲子鉴定中假设父不具备生父基因,即可排 除亲子关系,但在某些情况下如母亲和孩子为相同基 因型的杂合子时,则生父、生母基因无法确定。联合分 析毗邻印记基因座的亲缘特异性甲基化标记和多态 性遗传标记,可解决单亲家系亲代与子代为相同基因 型的杂合子时,生父、生母基因无法确定的问题 I 人类基因组中,CpG二核苷酸在基因启动子区和第一 外显子区域等一些特定区域常成簇出现,形成CpG富 集现象,称为CpG岛(CpG island),以往对亲缘差异 性甲基化的研究主要集中在CpG岛。rs220030位于 SNRPⅣ基因上游启动子区域,Nakayashiki等…]研究 发现5个印记基因(Hl9、HYMAI、MEST、SNPRN、PEG) 内有7个以上SNP可用于亲缘等位基因判定,其中 的rs220028与rs220030毗邻,rs220030位点虽然不 在CpG岛上,但rs220030与rs220028之间有3个散 在的CpG。本研究应用焦磷酸测序技术对经过重亚硫 酸盐修饰过的2组三联体家系样本rs220030上游 CpG甲基化状态进行检测,分析其亲缘相关性,子代 3个CpG的甲基化程度与母亲3个CpG的甲基化程 度接近(表3),表明子代3个CpG的甲基化来源于母 亲。从而说明了在启动子区域内CpG岛邻近的散在 CpG也可能存在甲基化亲缘相关性,(下转第115页) 法医学杂志 2013年4月 第29卷 第2期 ・ll5・ adducts of 1,3-butadiene,an important environmental Comparison of blood concentrations 0f 1.3-butadiene and butadiene epoxides in mice and rats exposed to carcinogen[J].Carcinogenesis,2000,2 1(1):1 07一l1 1. 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