酒精代谢关键酶的基因分型方法研究

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目的:酒精(乙醇)在体内的代谢主要有赖于乙醇脱氢酶(2ADH2)、乙醛脱氢酶(2ALDH2)两种酶的催化,前者可将乙醇转化成乙醛,后者可将有毒、致癌的乙醛转化为无毒的乙酸。两种酶的编码基因各有一个严重影响酶活性的单核苷酸多态位点即ADH2基因G143A位点(rs1229984位点)、ALDH2基因G1510A位点(rs671位点),与个体的酒精代谢能力及酒精相关性疾病的发生密切相关。本研究拟建立简便、快速、准确、经济的rs1229984及rs671位点的基因分型方法,以促进酒精代谢关键酶的基因分型工作在基层卫生部门的开展,便于民众从基因水平了解自己的酒精耐受性,从而合理、健康饮酒,降低酒精相关性疾病的发生。本研究还将对广东人群rs1229984及rs671位点的基因型、等位基因频率进行调查,以期为酒精相关性疾病的预防干预提供参考依据。方法:1.针对rs671位点的分型:以100例样品为研究对象,尝试如下五种方案,它们均以聚合酶链反应‐限制性片段长度多态性(PCR‐RFLP)为基础,但在PCR模板的制备方法、PCR引物的设计修饰、快速限制性核酸内切酶的选用、酶切产物的电泳检测等方面存在一定差异:(1)方案一:以提纯的口腔拭子基因组DNA为模板,用与模板完全配对的一对引物F1、R1扩增跨越rs671位点的片段,PCR产物理论长度为535bp,野生型等位基因ALDH2*1(G1510)的PCR产物在多态位点含有限制性核酸内切酶TspRⅠ识别位点(NNCASTGNN↓),突变型等位基因ALDH2*2(A1510)的PCR产物在多态位点不含TspRⅠ识别位点,此外,两者均在多态位点下游含有1个TspRⅠ识别位点。用快速限制性核酸内切酶TspRⅠ于65℃酶切消化PCR产物5min,用4.0%琼脂糖凝胶电泳分离酶切片段,根椐限制性酶切图谱确定每份样品的基因型。3种基因型的判断依据为:野生型纯合子ALDH2*1/ALDH2*1(GG)的条带为255、150.5、129.5bp;突变型纯合子ALDH2*2/ALDH2*2(AA)的条带为405.5、129.5bp;杂合子ALDH2*1/ALDH2*2(GA)的条带为405.5、255、150.5、129.5bp。(2)方案二:除PCR模板为口腔拭子粗处理液外,余者与方案一相同。(3)方案三:以口腔拭子粗处理液为模板,通过半巢氏PCR扩增跨越rs671位点的靶片段。第一轮PCR所用引物与方案1完全一致,即F1、R1,第2轮PCR的下游引物R1保持不变,上游内引物F2与模板完全配对,扩增产物为467bp,野生型等位基因ALDH2*1(G1510)的PCR产物在多态位点含有限制性核酸内切TspRⅠ(NNCASTGNN↓)识别位点,突变型等位基因ALDH2*2(A1510)的PCR产物在多态位点不含TspRⅠ识别位点,此外,两者均在多态位点下游含有1个TspRⅠ识别位点。用快速限制性核酸内切酶TspRⅠ于65℃酶切消化PCR产物5min,用4.0%琼脂糖凝胶电泳分离酶切片段制作限制性酶切图谱。3种基因型的判断依据为:野生型纯合子GG的条带为255、129.5、82.5bp;突变型纯合子AA的条带为337.5、129.5bp;杂合子GA的条带为337.5、255、129.5、82.5bp。(4)方案四:以口腔拭子粗处理液为模板,用巢氏PCR扩增靶片段,其中第1轮PCR引物为与模板完全配对的引物F4、R1,第2轮引物采用F3、R3,其中F3与模板完全配对,R3为长达56nt的引物【该引物靠近3′端倒数第3、第4个碱基与模板错配,以在野生型等位基因的多态位点附近引入HinfⅠ(GA↓NTC)识别位点,此外还在引物5’端增加了1个33nt的接头以增加后续酶切分型的分辨率】。扩增产物理论长度为372bp,野生型等位基因ALDH2*1的PCR产物在多态位点含有限制性核酸内切酶HinfⅠ识别位点,突变型等位基因ALDH2*2的PCR产物在多态位点不含HinfⅠ识别位点,此外,两者均在多态位点上游含有1个HinfⅠ识别位点。用快速限制性核酸内切酶HinfⅠ于37℃酶切消化PCR产物5min,用4.0%的琼脂糖凝胶电泳分离酶切片段判定基因型,3种基因型的判断依据为:野生型纯合子GG的条带为236、81.5、54.5bp;突变型纯合子AA的条带为290.5、81.5bp;杂合子GA的条带为290.5、236、81.5、54.5bp。(5)方案五:以提纯的口腔拭子基因组DNA为模板,PCR引物为方案四中所用第2轮引物F3、R3,扩增的靶片段理论长度也为372bp,用快速限制性核酸内切酶HinfⅠ于37℃酶切消化PCR产物5min,用10%的聚丙烯酰胺凝胶电泳分离酶切片段,经银染显示限制性酶切图谱,基因型的判断依据方案四。2.以筛查出的ALDH2*1/*1、ALDH2*2/*2基因型样品为模板,通过T‐A克隆构建含ALDH2*1、ALDH2*2等位基因的重组质粒,并测序加以验证。3.针对rs1229984的分型:以100例样品的粗处理液为模板,用半巢氏PCR扩增靶片段,其中第1轮PCR引物为F5、R6,它们与模板完全配对,第2轮PCR引物采用F6、R6,F6为长达59nt的引物【该引物靠近3′端倒数第2个碱基与模板错配,以在野生型等位基因的多态位点附近引入限制性核酸内切酶HhaⅠ(GC↓GC)识别位点,此外还在引物5’端增加了1个39nt的接头以增加后续酶切分型的分辨率】。扩增产物理论长度为393bp,野生型等位基因ADH2*1(G143)的PCR产物在多态位点含有HhaⅠ识别位点,突变型等位基因ADH2*2(A143)的PCR产物在多态位点不含HhaⅠ识别位点,此外,两者均在多态位点下游含有1个HhaⅠ识别位点。用快速限制性核酸内切酶HhaⅠ于37℃酶切消化PCR产物5min,用4.0%的琼脂糖凝胶电泳分离酶切片段判定基因型,突变型型纯合子AA的条带为286、107bp;野生型纯合子GG的条带为227、107、59bp;杂合子GA的条带为286、227、107、59bp。4.采用上述建立的巢式PCR‐RFLP和半巢式PCR‐RFLP法,分别对346例广东人的样品进行rs671、rs1229984位点的分型,统计相应的基因频率和基因型频率,通过Hardy‐Weinberg遗传平衡检测分析样本是否具有群体代表性,应用统计学软件SPSS v19.0分析广东人群rs671、rs1229984位点的分布频率是否与其它地区人群存在差异。结果:1.五种基于PCR‐RFLP的ALDH2基因G1510A位点(rs671位点)分型方法,每种方法都能在PCR阶段获得预期大小的靶片段,PCR产物的酶切消化均在10分钟内完成,制作的限制性酶切图谱都非常清晰且符合理论预期;对同一批样品(100例)进行的分型实验,显示五种方法的分型结果完全一致;每种方法均随机抽取3种基因型样品进行测序验证,结果完全正确。2.PCR及测序证实ALDH2*1(野生型等位基因)、ALDH2*2(突变型等位基因)已成功克隆到pMD18‐T载体上。3.建立了一种ADH2基因G143A位点(rs1229984位点)快速分型方法,对100例样品进行分型,PCR结果清晰,酶切结果符合预期,随机抽取的3种基因型样品测序结果同所建立方法的分型结果完全一致。4.对来自广东人群的346例样品(男181例、女165例)进行ALDH2基因G1510A位点的分型,结果显示,ALDH2*1/*1、ALDH2*1/*2、ALDH2*2/*2三种基因型的频率分别为0.51、0.44、0.05;等位基因G(ALDH2*1)的频率为0.727,等位基因A(ALDH2*2)的频率为0.273。经Hardy‐Weinberg遗传平衡检验,2=3.40, P=0.182,说明样本具有群体代表性。对上述346例样品进行ADH2基因G143A位点的分型,结果显示,ADH2*1/*1、ADH2*1/*2、ADH2*2/*2三种基因型的频率分别为0.10、0.47、0.43;等位基因G (ADH2*1)的频率为0.34,等位基因A (ADH2*2)的频率为0.66。经Hardy‐Weinberg遗传平衡检验,2=0.88,P=0.644(P>0.05),说明样本具有群体代表性。5. rs1229984、rs671两个位点在广东人群的9种基因型组合ADH2(GG)/ALDH2(GG)、ADH2(GG)/ALDH2(GA)、 ADH2(GG)/ALDH2(AA)、 ADH2(GA)/ALDH2(GG)、ADH2(GA)/ALDH2(GA)、 ADH2(GA)/ALDH2(AA)、 ADH2(AA)/ALDH2(GG)、ADH2(AA)/ALDH2(GA)、ADH2(AA)/ALDH2(AA),频率分别为:0.052、0.043、0.006、0.272、0.176、0.02、0.185、0.217、0.0296.针对rs671位点,广东人群与云南人群的基因型频率的卡方检验结果,2值为8.893,P大于0.005,表示无显著性差异;等位基因分布2值为7.943,P小于0.005,表明有显著性差异;与洛阳、湖南、四川人群的基因型分布频率的卡方检验结果,其基因型频数卡方值分别为15.043、61.618、16.619,P值均小于0.005;其等位基因分布频数卡方值分别为13.760、25.531、15.293,且P值均小于0.005,表明有显著性差异。针对ADH2基因rs1229984位点,广东人群与泰兴人群的基因型频率卡方检验结果2值分别为0.891,P值为0.640(p>0.005),表示无显著性差异;与云南、洛阳、鄂伦春族人群的基因型分布频率卡方检验结果,其基因型频数卡方值分别为13.174、11.503、54.444,P值均小于0.005,表明有显著性差异。广东人群与洛阳、泰兴人群等位基因型频率卡方检验结果2值分别为6.111,0.697,P值分别为0.013,0.404(p>0.005),表示无显著性差异;与云南、鄂伦春族人群的基因型分布频率卡方检验结果,其基因型频数卡方值分别为12.147、52.501,P值均小于0.005,表明有显著性差异。结论:1.针对ALDH2基因G1510A位点(rs671位点),成功建立了5种基于PCR‐RFLP的分型方法。PCR‐RFLP法为经典的基因分型方法,本身具有简便性。本研究中,每种方法都在PCR产物的多态位点外含有1个对照酶切位点,可避免各种因素造成的酶切不完全所导致的结果误判,保证了结果的准确性;每种方法都采用了可在5‐10分钟内完成酶切的快速内切酶,从而大大降低了分型的时间。整个分型的时间从3h~5h30min不等,分型的成本介于2.5‐15.0元之间,方法具有快速、经济性。2.成功构建了pMD18‐T‐ALDH2*1、pMD18‐T‐ALDH2*2重组质粒,可作为rs671位点分型的对照品,为开发rs671位点分型试剂盒奠定了基础。3.成功建立了半巢式PCR‐RFLP法检测ADH2基因G143A位点(rs1229984位点)的方法,PCR产物中同样含有对照酶切位点以保证分型的准确性,整个分型工作可在3h左右完成,成本3元左右。4.广东人群男性、女性之间rs671位点的基因频率分布无显著性差异(卡方值为2.700,P值为0.259);rs1229984位点的基因频率分布也无显著性差异(卡方值为1.814,P值为0.404)。5.广东人群携带酒精性相关疾病高风险ALDH2*2等位基因者(即ALDH2*1/*2、ALDH2*2/*2基因型总和)高达49.0%。6.对rs671位点的基因型频率分布分析,广东人群与云南人群无显著性差异,广东人群与洛阳、湖南、四川人群有显著性差异。等位基因频率分布分析,广东人群与云南洛阳、湖南、四川人群有显著性差异。对rs1229984位点的基因型频率分布分析,广东人群与泰兴人群无显著性差异,与云南、洛阳、鄂伦春族人群有显著性差异;等位基因频率分布分析,广东人群与洛阳、泰兴人群无显著性差异,与云南、鄂伦春族人群有显著性差异。
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