Artykuł metodologiczny

Cyfrowy PCR oparty na chip-in-a-tube do ilościowego oznaczania wariantów pojedynczych nukleotydów

8 lipca 2025

W tym artykule

Streszczenie

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Źródło: Kahyo, T., et al. Cyfrowy test reakcji łańcuchowej polimerazy pod kątem zmienności genetycznej u sporadycznego pacjenta z rodzinną polipowatością gruczolakowatą przy użyciu formatu chip-in-a-tube. J. vis. exp. (2018).

Ten film pokazuje użyteczność cyfrowego PCR w formacie chip-in-a-tube do wykrywania zmian pojedynczych nukleotydów w próbkach DNA. Pojedyncza reakcja PCR jest dzielona na komory, które działają jako niezależne reakcje PCR, a wykrywanie sygnałów fluorescencyjnych ze amplifikowanych celów w komorach służy do obliczenia częstotliwości wariantu allelu w próbce.

Protokół

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Kontrola jakości genomowego DNA

UWAGA: Genomowe DNA (gDNA) zostało wyekstrahowane z krwi obwodowej przy użyciu dobrze znanej metody oczyszczania DNA opartej na błonie krzemionkowej. Przed poniższymi procedurami oznaczono stężenie gDNA za pomocą spektrofotometru.

  1. Przygotuj próbkę gDNA o stężeniu 10-100 ng/μL.
  2. Dodać 10 μl buforu próbki DNA do paska z 8 probówkami.
  3. Dodać 1 μl drabinki DNA lub gDNA do probówek. Mieszaj mieszaninę przez 1 minutę za pomocą nasadki do mikropłytki.
  4. Załaduj probówkę, urządzenie żelowe i końcówki pipet do przyrządu do elektroforezy (Tabela materiałów) i rozpocznij bieg, naciskając przycisk 'Start'.
    UWAGA: System elektroforezy zadziała automatycznie po jednym kliknięciu przycisku Start.
  5. Upewnij się, że dolny marker zawarty w buforze próbki DNA jest prawidłowo przypisany do elektroferogramów. Jeśli jest nieprawidłowo przypisany, ręcznie przypisz znacznik w trybie "Electroherogram mode" oprogramowania.
    UWAGA: Liczba integralności DNA (DIN) zostanie obliczona automatycznie. Wartość DIN wynika z integralności DNA. Wysokie i niskie wartości DIN wskazują odpowiednio na wysoce nienaruszone i silnie zdegradowane gDNA.
  6. Określ region wielkości gDNA (> 200 pz) w trybie "Region mode" oprogramowania, aby automatycznie obliczyć stężenie gDNA (> 200 pz).

2. Projekt podkładu i sondy

  1. Oblicz wartości temperatury topnienia (Tm) za pomocą dowolnego narzędzia o otwartym dostępie w następujących warunkach: 10-25 zasad, 50 mM Na+/K+, 0,80 mM dNTP i 3 mM Mg2+ (Tabela materiałów). Zaprojektuj startery do przodu i do tyłu, aby amplifikować region genomowy zawierający allele docelowe o wartości Tm około 60 °C i długości amplikonu 100-300 pz.
    UWAGA: Patrz Tabela 1 dla stężenia oligonukleotydów.
  2. Zaprojektuj sondy z zablokowanymi kwasami nukleinowymi (LNA) dla alleli odniesienia i wariantu w oparciu o następujące warunki: (i) w każdej sondzie znajduje się 1-6 LNA; (ii) barwnik fluorescencyjny i wygaszacz są obecne odpowiednio na końcach 5′ i 3′ każdej sondy; (iii) różnica między wartościami Tm dopasowanych i niedopasowanych sond wynosi > 10 °C; (iv) Wartości Tm dopasowanych i niedopasowanych sond są odpowiednio wyższe i niższe niż wartości starterów [e.g., starter do przodu: 60,8 °C, starter odwrotny: 59,8 °C, sonda alleli odniesienia (dopasowana/niedopasowana): 62,6/45,3 °C, sonda allelu wariantowego (dopasowana/niedopasowana): 61,7/50,5 °C]. Wartości Tm zostały obliczone przy użyciu narzędzia otwartego dostępu, które zostało również użyte w kroku 2.1.
  3. Upewnij się, że projektowane startery i sondy nie obejmują polimorfizmów pojedynczego nukleotydu z częstością > 0,1%, jak określono na podstawie baz danych [e.g., bazy danych polimorfizmu pojedynczego nukleotydu (dbSNP)].

3. Cyfrowy PCR

  1. Przygotować startery, sondy i roztwory podstawowe gDNA w stężeniach opisanych w Tabeli 1 z buforem TE i przechowywać je w temperaturze -20–4 °C.
  2. Zmieszać odczynniki w temperaturze pokojowej w całkowitej objętości 15 μl do końcowego stężenia opisanego w tabeli 1.
    1. Dodaj 3 μl wody destylowanej zamiast gDNA w kontroli bez matrycy (NTC).
    2. Przygotować 3,5 razy większą ilość mieszaniny PCR w trzech egzemplarzach, aby uwzględnić błąd pipetowania.
  3. Pipetować mieszaninę PCR w górę iw dół, aby ją wymieszać.
  4. Ustaw platformę załadowczą na wiórach wbudowanych w 8-rurkową listwę i ustaw je na autoloaderze. Upewnij się, że wiór styka się z platformą ładunkową.
  5. Zamontuj suwak załadunkowy na platformie i przytrzymaj suwak z ogranicznikiem poza ładowarką.
  6. Odpipetować 15 μl mieszaniny PCR na platformie w pobliżu końcówki suwaka (Rysunek 1A).
  7. Uruchom ładowarkę, naciskając przycisk ładowarki (na około 1 min).
    UWAGA: Nie stanowi problemu, jeśli na platformie pozostanie niewielka ilość mieszaniny PCR. Możliwe jest sekwencyjne ponowne uruchamianie programu ładującego.
  8. Umieść chip-in-a-tube wypełnioną mieszaniną PCR w bocznej szczelinie wzmacniacza uszczelnienia. Naciśnij przesuwaną pokrywę i krawędź górnej pokrywy, aby nie złamać chipa (Rysunek 1B).
  9. Uruchom wzmacniacz uszczelniający (około 2 min). Sekwencyjnie uruchamiaj wzmacniacz uszczelniający przez 1 minutę, jeśli kałuża płynu jest nadal widoczna, ponieważ niepełne uszczelnienie powoduje zanieczyszczenie krzyżowe sygnałów dodatnich (Rysunki 1C i 1D).
  10. Dodać 230 μl płynu uszczelniającego, odczynnika na bazie oleju, do probówek.
    UWAGA: Frytki powinny być teraz zanurzone w płynie.
  11. Ustaw rurki w termocyklerze. Uruchom termocykler zgodnie z opisem w Tabela 2 (na około 2 godziny). Dostosuj temperaturę lub czas trwania PCR, jeśli występuje nierównomierny rozkład dodatnich partycji (Rysunek 1E).
    UWAGA: Zaleca się ustawienie szybkości narastania na około 1 °C/s.
  12. Pozostaw probówki w termocyklerze na co najmniej 15 minut, aby zmniejszyć hałas linii podstawowej.
    UWAGA: Probówki można również zostawić na noc. Sygnały fluorescencyjne były wykrywane nawet następnego dnia.
  13. Ustaw probówki na przyrządzie detekcyjnym i wlej do niego 6 ml wody destylowanej. Jeśli wewnątrz i na zewnątrz rur widoczne są pęcherzyki powietrza, usuń je (Rysunki 1F i 1G).
  14. Załaduj przyrząd do detektora i uruchom go, klikając przycisk "Uruchom" w oprogramowaniu po wybraniu zakładek Fluorescencja, Eksperyment i Próbka/NTC (Tabela materiałów).
    UWAGA: Detekcja dwóch kolorów ośmiu próbek o domyślnej intensywności zajmuje około 4 - 5 minut.
  15. Potwierdź wykres pozycji, histogram i wykres punktowy 2D.
    UWAGA: Jeśli intensywność fluorescencji przegród ujemnych jest wysoka, dostosuj intensywność, klikając przycisk Ustawienia w oprogramowaniu, tak aby mieściła się w zakresie 30-70.
  16. Oblicz frakcję allelu wariantowego (VAF) za pomocą następującego wzoru:
    figure-protocol-1
    Tutaj Cv i Cr są numerami kopii odpowiednio wariantu i allelu referencyjnego.
    UWAGA: Są one automatycznie obliczane w programie na podstawie statystyk Poissona.

4. Kolekcja produktów PCR

  1. Usuń płyn uszczelniający z rurki.
  2. Dodać 100 μl buforu TE do probówki. Wirować energicznie przez 30 s i krótko odwirować probówkę.
  3. Przenieść roztwór TE do innej probówki i dodać 30 μl 3 M octanu sodu i 200 μl etanolu.
  4. Schłodzić roztwór w temperaturze -20 °C przez noc.
  5. Odwirować roztwór przez 30 minut przy 16 000 x g i usunąć supernatant.
  6. Dodaj 300 μl 80% etanolu do probówki i odwiruj.
  7. Odwirować roztwór przez 15 minut przy 16 000 x g i usunąć supernatant. Pozostaw osad do wyschnięcia na powietrzu przez 5 minut.
  8. Rozpuścić osad w 1–5 μl buforu TE po wysuszeniu na powietrzu.
  9. W razie potrzeby oceń rozmiar produktu za pomocą przyrządu do elektroforezy w odniesieniu do kroku 1. Załaduj 1 μl roztworu do urządzenia żelowego, aby uzyskać wysoką czułość (Tabela materiałów).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

figure-results-1
Rysunek 1: Punkty, na które należy zwrócić uwagę w przypadku testu dPCR w formacie chip-in-a-tube. (A) Ten panel pokazuje, jak skonfigurować 8-rurkową taśmę w autoloaderze. (B) Ten panel pokazuje uszkodzone żetony. (C) Ten panel pokazuje, jak wióry wychodzą na powierzchnię tuż po (i) załadowaniu i (ii) uszczelnieniu. (iii) Kałuża płynu jest widoczna...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
Nie stwierdzono konfliktu interesów.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
QIAamp DNA Blood Maxi KitQiagen51194Przed Protokołem 1: Ekstrakcja genomowego DNA
NanoDrop 1000ThermoFisher SCIENTIFICND-8000Przed Protokołem 1: Spektrofotometr
z 8-paskową probówkąAgilent Technologies401428Protokół 1
Bufor próbek genomowego DNAAgilent Technologies5067-5366Protokół 1:
         Składnik testu taśmowego genomowego DNA
Drabinka DNAAgilent Technologies5067-5366Protokół 1:
         Składnik testu taśmowego genomowego DNA
MS3 Basic Small ShakerIKA3617000Protokół 1: Mieszalnik Vortex
Genomic DNA ScreenTapeAgilent Technologies5067-5365Protokół 1: Urządzenie żelowe
System 2200 TapeStationAgilent TechnologiesG2965AAProtokół 1: Przyrząd do elektroforezy
Oprogramowanie do analizy TapeStationAgilent TechnologiesW pakiecie z G2965AAProtokół 1: Oprogramowanie do analizy
Startery oligologiczne DNAIDTZamówienie niestandardoweProtokół 2
Sondy LNAIDTZamówienie niestandardoweProtokół 2
Narzędzie programoweIDTStrona internetowa: http://biophysics.idtdna.com/Protokół 2
dbBaza danych SNPStrona WWWNCBIProtokół 2
Bufor TEThermoFisher SCIENTIFIC12090015Protokół 3
Woda destylowana bez DNaz/RNazThermoFisher SCIENTIFIC10977015Protokół 3 (Tabela 1)
Cyfrowa sonda PCR Clarity MastermixJN Medsys12013Protokół 3 (Tabela 1): 2xPCR Master Mix
         Składnik #10011
Płyn uszczelniającyClarity JN Medsys12005Protokół 3: Płyn uszczelniający
         Składnik #10011
Rozwiązanie Clarity JN JNMedsys12006Protokół 3 (Tabela 1): Roztwór 20xdPCR
         Składnik #10011
Clarity Tube-stripJN Medsys12007Protokół 3: Chip-in-a-tube
         Składnik #10011
Zestaw do ładowania próbek ClarityJN Medsys12008Protokół 3: Platforma załadowcza i suwak
         Składnik #10011
Clarity Auto LoaderJN Medsys11002Protokół 3: Automatyczny ładowar&
nbsp;        Składnik #10001
Clarity Sealing EnhancerJN Medsys11003Protokół 3: Wzmacniacz uszczelnienia
         Składnik #10001
Clarity ReaderJN Medsys11004Protokół 3: Czytelnik
         Składnik #10001
Life Eco Thermal CyclerBioer TechnologyTC-96GHbCProtokół 3: Oprogramowanie Clarity termocyklera
JN Medsysw zestawie z #10001Protokół 3: Oprogramowanie analityczne
Taśma ekranowa D1000 o wysokiej czułościAgilent Technologies5067-5584Protokół 4: Urządzenie żelowe o wysokiej czułości
: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/SNP/

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Sondy allelospecyficznedetekcja fluorescencyjnachip mikrofluidycznytermocykleranaliza wykresu pozycjifrakcja allelu wariantowegorodek wspomagaj cy uszczelnianie

Powiązane artykuły