差異展示
RNA差異展示(mRNA differential display,DDRT-PCR)是目前篩選差異表達基因最有效的方法之一,其基本原理是:3%26acute;端採用錨定引物,與mRNA3%26acute;poly a結合,進行反轉錄,形成mRNA:cDNA雜交分子,5%26acute;端採用20條隨機引物,與錨定引物一起進行PCR擴增,其產物經測序膠顯示出來,再回收鑑定克隆差異條帶。1992年Liang和Pardee[1]建立此技術時,5%26acute;端採用20條隨機引物,每條由10個鹼基組成,3%26acute;端採用12條引物即T12MN(M=A、C或G,N=A、G、C、T)。這種組合從統計學上幾乎能完全覆蓋所有的mRNA序列,差異表達的基因會全部呈現出來。實踐證明,這種方法有效,但假陽性率在50%~70%左右,差異條帶在Northern印跡上重現性差,後續處理也比較複雜。1994年Ito[2]等對3%26acute;端引物進行了改進,把12條引物改為3條,即T12A、T12C、T12G,使得實驗操作簡化。1995年Ayala[3]等提出了在3%26acute;端錨定引物與5%26acute;端隨機引物上皆增加10個鹼基,使得上下游引物Tm值在60℃左右,PCR循環參數也改為前5個循環採用Liang和Pardee推薦的參數,即94℃30s,40℃2min,72℃30s。經這樣改進,顯著地增強了差異條帶的重複性和敏感性,同時使得差異條逼帶的克隆十分方便。1996年4月,Liang和Pardee[4]對5%26acute;端此物進行了改進,引物條數改為8條,皆帶上HindⅢ酶切位點,每條由13個鹼基組成,3%26acute;端錨定引物採用3條,也帶上HindⅢ酶切位點,每條由18個鹼基組成,PCR循環條件仍採用94℃30s,40℃2min,72℃30s,40個循環,最後在72℃延伸7min。1998年[5]我們在Liang和Pardee改進的基礎上,對PCR循環參數進行了改進,即前5個循環採用94℃30s,40℃2min,72℃30s,後35個循環採用94℃30s,55℃2min,72℃30s,最後在72℃延伸7min。經這樣改進,既保持了擴增效率,又增強了差異條帶的特異性及重複性,降低了假陽性率。
總之,mRNA差異展示具有簡便、快速、所需起始材料少、同時可在多個材料之間或不同處理材料之間進行比較等優點,但具有較高頻率的假陽性和短小的差異片段的缺點,給後續處理帶來一系列問題,雖然此技術經過了一些起改進,但這兩個缺點仍限制著此方法的充分套用。
代表性差示分析
代表性差示分析(representational difference analysis,RDA)最早由Lisitsyn等提出的。1994年,Hubank和Schatz[6]將其套用於克隆差異表達基因,其基本原理是:靶方(Tester,T)和驅動方(Driver,D)的cDNA在進行差方式分析前均用一種識別4鹼基序列的限制酶作切割處理,形成平均長度為256bp的cDNA片段代表群,第一次T與D雜交反應時,兩者總量比為1:100,第二次增加到1:400,第三次增加到1:8000,再利用PCR以指數形式擴增雙鏈模板,而僅以線性形式擴增單鏈模板這一特性,通過降低cDNA群體複雜度和多次更換cDNA兩端接頭,來特異擴增目的基因片段。特別是T減D雜交反應後僅設定了72℃復性與延伸及95℃變性這兩個循環參數,共20個循環,從而使PCR產物特異性大大提高。此技術最大的優勢是差異條帶在Northern印跡上重現性好,假陽性少。缺點是所需起始材料較多,更多信賴於PCR技術,T與D之間若存在較多差異,或T中存在某些基因上調錶達,則難達到預期目的,而且工作量比DDRT-PCR大,周期長。
抑制性扣除雜交
抑制性扣除雜交(suppression subtractive hybridization,SSH),是1996年Diatchenk[7]等提出的一種新的克隆基因技術,其基本原理是:先將T與D方cDNA用限制酶切割為小片段,將T方平均分為兩份,分別連線不同的接頭,然後與過量的D方cDNA進行不充分雜交。根據復性動力學原理,濃度高的單鏈分子迅速復發,而濃度低的單鏈分子仍以單鏈形式存在。然後混合兩份雜交樣品,同時加入新的變性D方cDNA進行第二次扣除雜交,雜交完全後補平末端,加入合適引物接頭(接頭1與接頭2引物)進行PCR擴增。當DNA兩條鏈含相同接頭時,其PCR擴增受到抑制,而含不同接頭的雙鏈DNA分子才可進行指數擴增,其產物即為目的片段。
此技術避免了消減雜交過程中分離單雙鏈DNA的步驟,可成千倍地擴增目的片段,能分離出T方上調錶達的基因,與DDRT-PCR相比,具有假陽性少重複性強的優點,它的最大不足就是需要較多的起始材料,更多依賴於PCR技術,不能同時進行數個材料之間或不同處理材料之間的比較。
差異消減展示
差異消減展示(differential subtraction display,DSD)是1998年Jose等[8]提出的,它是在DDTR-PCR呈現出差異條帶之後,同時回收差異條帶與對照方的相應範圍的條帶,靶方回收的差異條帶用非生物素標記的引物與dNTPs進行PCR擴增,而對照方回收的差異條帶用含生物素標記的dATP的dNTPs進行PCR擴增,其產物進行消減雜交,用鏈親和素去除共有的產物,剩下的產物由帶有α-32P dATP的dNTPs進行擴增,再重複差異展示,回收差異條帶並克隆。此技術最大的優勢是獲得差異條帶在Northern印跡上重現性好,假陽性少,敏感性強,可獲得長片段,起始材料要求少,可獲取低豐度差異表達基因,缺點是步驟繁瑣,工作量大,周期性長,更多依賴於PCR技術。
另外,趙忠良博士把長片段PCR擴增(LPCR)與消並減雜交技術結合起來,建立了LPS技術,並運用此技術從抗原呈細胞中獲取了170多個差異表達基因。此技術的基因原理是:T與D方分離出cDNA後,運用5%26acute;端帽子引物與3%26acute;端錨定引物,對cDNA進行大量擴增,其產物直接進行消減雜交,然後過柱子,去除相同的基因,剩餘的部分再與D方cDNA進行二輪消減雜交,再過柱子,去除非差異部分,剩下的差異部分進行第三輪消減雜交,其產物進行分級分段克隆。這種方法最大的好處是:起始材料需要少,可獲得差異基因,假陽性少,有可能獲得全長差異表達基因。
總之,隨著高效擴增的Taq酶與具有自動校正功能的Taq酶的出現,長片段PCR擴增技術的最佳化,差異表達基因克隆技術將會不斷發展,但目前主要有以上幾種方法,各有其優缺點,研究者應根據自己的實際情況,選擇合適的技術方法,以其達到自己預期的目的。