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一种用于检测人乳头瘤病毒HPV59的探针及其试剂盒

文献发布时间:2023-06-19 09:30:39



本发明涉及一种探针及其试剂盒,具体涉及一种可用于人乳头瘤病毒HPV59基因捕获、测序的探针及试剂盒。

宫颈癌是指发生于子宫颈阴道和宫颈部的恶性肿瘤,是最常见的妇科恶性肿瘤之一,仅次于乳腺癌。宫颈癌在中国15~44岁女性各癌症发病率中居第二位,死亡率居第三位。大量研究证实,宫颈癌发生主要是由高危型人乳头瘤病毒(Human Papillomavirus, HPV)持续感染所致,在99.7%的宫颈癌患者体内检测到高危型HPV DNA的存在。目前,HPV基因型已鉴定出200余种,约40种与生殖道感染相关。根据其导致宫颈癌风险的高低将HPV分为高危型和低危险、型,其中高危型包括HPV16、18、31、33、35、39、45、51、52、56、58、59、68等13种基因型列为高危型,26、53、66、73、82等5种基因型列为中等风险型别。这18种型别的HPV主要与宫颈上皮内瘤变、CINⅡ、Ⅲ级和宫颈癌的发生相关。低危型一般与恶性病变无关,主要引起尖锐湿疣和低级别CIN(CINI)。因此,通过检测宫颈脱落细胞中是否有高危型HPV感染,并定期检测宫颈脱落细胞中HPV病毒是否持续性感染在宫颈癌的早期筛查、辅助诊断和愈后评估等环节中显得尤为重要。

通常情况下,HPV感染寄主细胞之后以游离状态存在,其DNA仍自由存在寄主细胞的细胞质中,随寄主细胞的分裂复制,HPV DNA就会插入人体基因组,这个过程也称为HPV整合。一旦HPV DNA偶然整合至宿主细胞染色体中,病毒蛋白将无秩序复制,宿主细胞遗传物质结构及相关基因表达发生变化,导致主体细胞不可控制地分裂,从而诱发癌变。尽管99.7%以上的宫颈癌中均检测出HPV DNA,但却不是每一个感染高危型HPV的患者均发生了宫颈癌。随着分子生物学和细胞遗传学的进展,HPV与宿主染色体的整合才是宫颈细胞永生化过程中的重要步骤,是导致宫颈上皮内瘤变向宫颈癌恶性进展的一个重要标志。在90%以上的宫颈癌组织中均发现HPV与宿主细胞染色体的整合体,HPV与宿主细胞基因组的整合是宫颈癌发展的最重要的危险因素。低危型HPV很少导致宫颈癌,与在宿主体内的病毒载量无关,是因为其很少发生病毒整合。高危型HPV分别在HSIL和鳞状细胞癌中的整合率分别为76.2%和88.2%,在LSIL中仅37%。HPV以非游离状态存在于侵入性宫颈癌中(约60.9%),较原位癌高出20%。HPV16阳性宫颈癌病例中近90%整合,纯游离形式存在的病例仅16%。说明病毒整合发生率与宫颈癌发病率成正相关,病毒整合状态与宫颈癌病情程度成正相关。HPV DNA与人基因组整合将作为宫颈病变程度的标志物,对宫颈癌的早期诊断具有非常重要的意义。

宫颈癌早期症状不明显,只有尽早地对宫颈癌做出早期筛选预警,才能有效降低由宫颈癌引起的死亡率。传统的病理学检测手段,如宫颈涂片检测,易受取材、染色及细胞病理医生的主观判断等因素的影响,因此应用细胞病理学检测HPV存在灵敏度低、特异性差、假阴性率和假阳性率高、不能对HPV进行分型等弊端。目前临床上常用的实时荧光聚合酶链反应(PCR)方法,该方法检测通量低,对于不同型别的HPV要分别检测,很难满足临床上同时进行多个型别的检测的需求,对于宫颈癌的大规模筛查不太适合。更重要的是,目前所用的这些方法只能对有无HPV感染及HPV感染型别做出判断,对于HPV DNA是否与人基因组发生整合没法做出判断,而HPV整合事件是宫颈癌发生的重要因素。高通量测序技术(next-generation sequencing technology)具有准确、灵敏度高、快速和低成本的优点,可同时对多个基因进行测序,该方法不只可以实现HPV分型检测,同时可以实现HPV整合检测。液相杂交基因捕获技术可以将目标区域相关基因片段富集,结合新一代基因测序技术,能够极大地降低人类基因测序、基因学研究及基因诊断的成本,提高测序深度,更精确地发现特定区域变异信息。而捕获探针的设计是液相杂交捕获技术的核心。综上所述,本发明提供一种用于检测HPV分型及整合的探针组及试剂盒,可一次性对18种高危型HPV进行精确分型并确定其在人基因组中的整合情况,具有一次性处理多个样本、灵敏度高和特异性高的优点,临床意义重大。

本发明的目的在于解决上述现有技术的不足,提供一种用于检测HPV的捕获探针组及其试剂盒;本发明根据上述18种HPV全基因组序列设计合成探针序列,对目的片段进行特异性捕获、扩增和测序,以达到检测样本的目的。所述探针组包含能特异性捕获全部18种HPV基因组的探针。可以全面、快速、准确的检测18种HPV分型及5种HPV整合情况,所述18种HPV分型分别为HPV16、18、26、31、33、35、39、45、51、52、53、56、58、59、66、68、73、82;5种HPV整合分别为HPV16、18、33、52、58。

本发明采用以下技术方案:

本发明提供了一种用于检测人乳头瘤病毒HPV59分型和整合的探针,探针信息见表1

本发明还提供了一种用于检测人乳头瘤病毒HPV59分型和整合的试剂盒。所述试剂盒包括本发明所述的用于检测人乳头瘤病毒HPV59分型和整合的探针;较佳的,所述试剂盒还包括建库缓冲液1、建库缓冲液2、酶1、酶2、接头、PCR扩增引物1、PCR扩增引物2、PCR反应混合液、封闭序列1、封闭序列2、封闭试剂、杂交缓冲液、PCR扩增缓冲液、PCR扩增引物3、PCR扩增反应液、阳性对照、阴性对照、捕获缓冲液、清洗缓冲液1、清洗缓冲液2和捕获磁珠;优选所述封闭序列1为Cot-1 DNA,封闭序列2为双链寡核苷酸。

进一步的,所述试剂盒各组成成分如表2所示。

本发明还公开了一种使用所述用于检测人乳头瘤病毒HPV59分型和整合的探针及其试剂盒的方法,主要包括以下几个步骤:

(1)设计HPV59的捕获探针

(2)样本DNA提取、片段化及构建DNA文库

(3)文库目标区域靶向捕获及定量

(4)高通量测序

(5)基因序列的生物信息分析

本发明提供一种对HPV基因进行捕获的方法,具体捕获过程包括:提取宫颈脱落细胞全基因组DNA,将其随机打断成200-300bp大小的片段后,部分片段含有HPV基因的序列,构建DNA文库;用本发明涉及的HPV探针(携带生物素标记,能特异性和HPVDNA序列杂交结合)与构建的预文库杂交,含有HPV基因的序列通过探针上生物素与磁珠结合,可以被特异性杂交;将不含HPV的序列洗涤除去,从而富集HPV基因片段,这样该试剂盒就将HPV序列捕获了出来;通过测序仪Nextseq CN500高通量测序并分析测序结果中的HPV信息,可获得待测样本的HPV基因型别及是否与人基因组发生整合情况。

本发明具有以下有益效果:

(1)本发明设计了可进行快速准确地捕获HPV59基因组全序列的探针,可以有效的提高检测特异性。以往的荧光定量PCR等方法都是只针对HPV序列的某一段区域,我们的探针检测范围可以覆盖HPV基因组全长。

(2)本发明利用HPV探针对捕获出目标区域的文库标本利用高通量测序技术测序。由于先使用HPV探针对HPV序列进行了靶向富集捕获,然后再进行高通量测序,使得其检测灵敏度高。

(3)本发明可以一次处理多个样本,通过对多个不同的样本加入不同Barcode进行区分,然后混合上机测序,可以有效的提高检测通量。

图1为末端修复、3’端加“A”反应PCR 仪参数;

图2为Pre-PCR 程序参数。

以下通过实施例对本发明作进一步阐述。如无特殊说明,本发明所使用的本领域常用试剂均可通过商购途径获得。

实施例1:本发明探针组的设计和制备

根据碱基互补配对原则,针对HPV59的DNA序列设计与之互补配对的寡核苷酸探针。由于基因组序列结构复杂,存在不规则区域,例如高GC、高AT区域等,同时由于二代测序读长的限制,从而使得探针设计变得尤为关键,需要综合权衡覆盖率、均一性、捕获效率等多种因素。探针设计的具体原则如下:

(1)长度:可选区间80-150bp,一般选100bp。

(2)探针层数:即目标区域上平均被多少条探针所覆盖,一般建议3层,且需叠瓦式设计。

(3)特异性:即探针在基因组范围的唯一性,特异性越高,探针的捕获效率越高。应避免在低复杂度区域设计探针;但在特殊情况下,比如,某些热点恰好位于低复杂度区域,那么需要综合评估该区域以及相邻区域的序列情况,谨慎放置探针。

(4)结合能力:GC含量在50%左右的区域,其探针捕获能力最强。高GC区域探针结合能力强,但DNA片段自身结合能力更强(长度更长),探针竞争阻力较大;高AT区域的DNA片段自身结合能力弱,但同样探针与之结合的能力也弱,因此,在高GC和高AT区域需要适当增加探针数量来弥补竞争阻力和结合能力方面的劣势。

探针制备:先用光化学合成法,在芯片上大量合成设计的探针,再通过PCR或转录反应得到被生物素标记的探针。

实施例2:本发明试剂盒组成、制备及使用

本实施例所述的用于HPV检测的试剂盒试剂。

所述试剂盒组成成分包括:本发明所述的用于检测HPV的捕获探针、建库缓冲液1、建库缓冲液2、酶1、酶2、接头、PCR扩增引物1、PCR扩增引物2、PCR反应混合液、封闭序列1、封闭序列2、封闭试剂、杂交缓冲液、PCR扩增缓冲液、PCR扩增引物3、PCR扩增反应液、阳性对照、阴性对照、捕获缓冲液、清洗缓冲液1、清洗缓冲液2和捕获磁珠。具体组成成分信息如表2,

所述试剂盒的使用方法为:

1、样本文库制备

(1)片段化:将1000 ng DNA取出解冻后震荡混匀,加水补齐至100μL,利用BioruptorPico超声打断仪打断。具体参数设置如下:待冷循环仪温度降至4°C后,设置参数ON 30秒,OFF 30秒为1个循环,每10 个循环为一轮,共进行3 轮;取1 μL样品使用Qsep1进行片段检测,正常打断后样品检测主峰约在150 bp-200 bp。

(2)末端修复加A:将上一步获得的样品进行末端修复、3’端加“A”。具体反应体系如下:35 μL DNA片段,5 μL ERA缓冲液,10 μL末端修复酶。混好后,运行 PCR 程序,设置PCR 仪参数如图1(50 μL体系,热盖85°C);

(3)加接头:将上一步获得的样本进行接头连接。具体反应体系如下:50 μL上一步反应结束的样品,5 μL接头,15 μL无酶水,20 μL链接缓冲液,10 μL连接酶;混好后,运行PCR仪程序(要求无热盖),设置PCR仪参数:热盖关,20°C 30 分钟,降至4℃结束

(4)磁珠纯化:程序结束后,立即用纯化磁珠纯化上一步反应产物。纯化体系如下:100μL上一步反应产物,100 μL纯化磁珠。

(5)Pre-PCR扩增反应:以上一步的纯化产物为模板,进行Pre-PCR反应。具体反应体系如下:20 μL上一步的纯化产物,25 μL PCR反应混合液,2.5 μL PCR扩增反应引物1(20 μM),2.5 μL PCR扩增反应引物2(20 μM)。混好后,将样品置于PCR仪上,启动PCR程序,如图2所示(50 μL体系,热盖温度105°C);

注:PCR扩增反应引物1中TPE1.0index号为1#~8#(表3);PCR扩增反应引物2中TPE2.0index号为1#~12#;记录好所使用的index号(表4)。

(6)磁珠纯化:程序结束后,立即用50 μL纯化磁珠纯化上一步反应产物。

2、样本液相杂交

(1)静置解冻封闭序列1和封闭序列2,配制混合液1,具体为:750ng文库,5 μL封闭序列1,2 μL封闭序列2。

(2)取出试剂盒中的封闭试剂和探针,静置解冻后振荡混匀,按照5 μL封闭试剂与2 μL探针配制混合液2(冰上操作)。

(3)取出试剂盒中的杂交缓冲液置于室温化冻,化冻后取出20μL置于65°C恒温混匀仪孵育待用。

(4)将13μL杂交缓冲液添加到混合液2中,吹打混匀后短暂离心收集液体,室温放置待用。

(5)使用可控温真空干燥仪,设置干燥温度45-50℃,打开管盖,直至混合液1浓缩至体积小于10 μL,用无酶水补齐至10μL,轻轻吸打混匀,短暂离心后置于冰上待用。浓缩时间不宜过长,防止蒸干。

(6)将浓缩后的混合液2置于PCR仪中95°C孵育5min,65°C孵育2min(热盖温度为105°C),孵育完成后不需要取出。

(7)将添加了杂交缓冲液的混合液1置于PCR仪中65°C孵育2min(热盖温度为105°C)。

(8)吸取20μL的混合液1添加到混合液2中,充分混匀,65°C杂交16~24 h,保持杂交产物在PCR仪中,进入捕获步骤。

3、捕获

(1)提前取出试剂盒中的磁珠室温平衡30min,振荡混匀。

(2)取出50μL磁珠置于新的反应管中,离心管置于磁力架上静置1min至液体澄清,小心吸弃液体(注意不要吸到磁珠)。

(3)在磁珠中添加200µL捕获缓冲液,吹打混匀后,将离心管置于磁力架上静置1min至液体澄清,小心吸弃液体(注意不要吸到磁珠)。

(4)重复步骤(3)三次。

(5)在磁珠中重新添加200µL捕获缓冲液重悬磁珠,将重悬后的磁珠加入到杂交产物中,并将PCR管置于旋转混旋仪上室温结合30min。

(6)取出试剂盒中的清洗缓冲液1和清洗缓冲液2,清洗缓冲液1室温静置待用,清洗缓冲液2置65℃预热5min以上待用。

(7)将捕获产物置于磁力架上静置1分钟静置1min至液体澄清,小心吸弃液体(注意不要吸到磁珠)。

(8)从磁力架上取下离心管,加入200 μL的清洗缓冲液1,吹打混匀后,旋转混匀仪上15min,放在磁力架上静置1min至液体澄清,小心吸弃液体(注意不要吸到磁珠)。

(9)从磁力架上取下离心管,加入200 μL 65℃预热的清洗缓冲液2,吹打混匀后,置于恒温震荡仪(65℃,800rpm)上10分钟,置于磁力架上静置1min至液体澄清,小心吸弃液体(注意不要吸到磁珠)。

(10)重复步骤(9)三次。

(11)从磁力架上取下离心管,加入200 μL新鲜配制的80%乙醇,置于磁力架上静置30sec至液体澄清,小心吸弃液体(注意不要吸到磁珠)

(12)反应管留于上磁力架室温晾干3~5min使残留乙醇挥发,以磁珠表面无光泽为准(过分晾干将导致DNA得率下降)。

(13)从磁力架上取下离心管,加入30μL无酶水,重悬磁珠待用。

(14)配制混合液3,用0.2mL PCR管,具体反应体系如下:18μLPCR扩增缓冲液,1μLPCR扩增引物,1μLPCR扩增反应液。

(15)将20μL上述反应体系加入到洗涤产物中,充分混匀。

(16)置于PCR仪中按表5反应程序进行PCR扩增。

(17)扩增后纯化,使用商品化的核酸纯化磁珠进行扩增产物纯化,具体操作步骤请按照试剂盒说明书指引进行。吸取全部纯化产物置于冰上,重复2-3步骤,进入测序阶段或于-20±5℃保存。

4、捕获文库质控

(1)使用核酸定量试剂盒QubitdsDNA HS Assay Kit 及配套仪器测定文库的浓度,文库浓度应大于1ng/μL。否则文捕获文库不符合要求,应重新进行杂交捕获。

(2)取样本文库或对照品文库,使用Standard Cartridge Kit(S2)及配套仪器测定文库片段大小,文库片段大小应集中在250bp~500bp之间,无明显小片段和大片段杂峰。否则建库样品不符合要求,应重新进行杂交捕获。

5、文库qPCR定量

使用KAPA Library Quantification Kit试剂盒对待上机富集文库进行定量,以调整至合适上机浓度。

(1)试剂准备:1)准备适量的DNA稀释缓冲液:使用无酶水将1XIDTE缓冲液稀释至0.1X,每个文库约需1.2mL稀释缓冲液。使用前将缓冲液放至室温。2)冰上解冻试剂盒中各组分,使用前充分混匀,短暂离心,置于冰上备用。

(2)样本准备:1)准备适当的文库稀释液(使用无酶水)。取1μL富集文库进行1:100、1:10000、1:20000稀释。

(3)向PCR反应板需要进行反应的孔中各加入混有引物的8μL混合液,混合液具体组成为:5μLMaster Mix,1μL引物,1.8μL水,0.2μLLow Rox。

(4)向每个样本孔中加入对应的2μL已稀释的DNA文库(体积比为1:1000和1:20000)。

(5)向标准品孔中各加入2μL DNA标准品,按照从低浓度到高浓度顺序加入。

(6)向阴性对照孔中加入2μL稀释缓冲液。

(7)密封PCR 反应板,放入微孔板离心机中离心1min。

(8)将反应板装载到qPCR仪上并按照下表6参数运行qPCR仪。

(9)按照KAPA Library Quantification Kit试剂盒说明书进行待检文库的浓度计算。若最终文库总摩尔质量<0.02p 摩尔,需要重新进行文库杂交富集或重新进行建库,若再次不合格,终止检测。

6、上机测序

在基因测序仪Nextseq CN500上选用测序读长为300循环(Paired-End Reads,2×150cycles)的测序试剂进行测序,建议每个样品文库测序数据量800M。待测序样本文库数量不高于48个,推荐使用NextSeq 500 Mid Output v2 Reagent kit (300 cycles) 试剂检测;待测序样本文库数量高于48个且不高于96个,推荐使NextSeq 500 High Output v2Reagent kit (300 cycles) 试剂检测。

(1)提前取出Reagent Cartridge、HT1和Flow Cell,Flow Cell置于室温平衡30min,Reagent Cartridge置于室温水浴1h,HT1室温静置解冻后振荡混匀。

(2)将所有待测序样本文库按测序数据量需求进行混合,使用核酸定量试剂盒QubitdsDNA HS Assay Kit及配套仪器稀释各文库浓度至4 nM,取一个新的离心管等体积取各文库混合,混合后的总体积不低于5μL。

(3)配制新鲜的0.2N NaOH,由1μL 1N NaOH加入到4μL纯化水中混匀得到。

(4)取5μL 4 nM混合文库至新的1.5 mL离心管中,加入5μL新鲜配制的0.2N NaOH,吹打混匀室温静置5min进行4 nM混合文库变性,变性后加入混匀后的990μLHT1将混合文库稀释至20 pM。

(5)取一个新的1.5 mL离心管加入混匀后的1365μL HT1。

(6)取135μL稀释至20 pM的混合文库加入至1365μL HT1中,使最终上机混合文库总体积为1500μL。

(7)取出室温水浴解冻的Reagent Cartridge,用无尘纸檫干,翻转5次混匀其中试剂。

(8)使用干净的1 mL移液器吸头戳破Reagent Cartridge上带有Load Samples标签的10号孔封箔口,将1300μL混合有PhiX对照品的最终上机混合文库注入10号孔。

(9)根据测序仪运行设置提示进行试剂加载操作,测序仪自检完成后,点击“开始”按钮进行测序,测序时长26-29h。

7、HPV核酸分型与整合生物信息分析流程

(1)测序完成后,使用illumina公司的bcl2fastq v2.20.0.422软件将测序生成的BCL文件转化成样本对应的fastq文件。

(2)使用illuminate v0.6软件读取测序文件中InterOp目录的记录信息,对本次测序进行质量分析与评估。Fastp v0.20.0进行质控,要求Q30质量值大于80%。

(3)质量评估完成后,预处理数据,根据fastq文件碱基及质量,对原始数据进行质量控制(基于fastp v0.20.0软件)。

(4)序列比对:将fastq文件中的碱基序列比对至人类参考基因组hg38(GRCh38)和HPV基因组上生成bam文件(基于BWA v0.7.17、samtoolsv1.9和picard v2.20.6软件:比对)。

(5)HPV型別分析:使用分型检测模块(基于hpvHPVkitTyper v1.0软件),通过序列比对文件分析样本中各种HPV的reads数和比例。

(6)HPV整合分析:使用整合检测模块(基于hpvkitHPVFusionCallerv1软件),通过序列比对文件中比对上HPV和人基因组的序列进行位点比较,分析样本中HPV整合位点,并结合数据库进行注释。

(7)结果判定:分型分析,单个HPV型別Mean depth≥10则判定为该型别分型阳性;整合分析,单位数据量中HPV整合read数≥3则判定为该型别整合阳性。

实施例3:本发明试剂盒的使用效果验证

下面通过具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

1、20例参考品样本和16例临床样本HPV分型整合的高通量测序检测

样本编号为S1~S36,其中S1~S18为10^4拷贝 /mL的分型质粒参考品,分别为HPV16、18、26、31、33、35、39、45、51、52、53、56、58、59、66、68、73、82,S19和S20分别是浓度为0.25ng/μL的SiHa细胞(已知的HPV16整合样本)和HeLa细胞DNA(已知的HPV18整合样本),S21~S36为临床样本。检测结果:我们利用本发明的方法及试剂盒检测到了参考品样本对应的HPV型别及整合状态,说明本发明可对实际样本进行准确快速的检测,有实际可使用价值。本发明提供的用于HPV分型及整合检测的探针组及试剂盒具有操作简便、高通量、特异性好、灵敏度高等特点。结果如下:表7为36例样本高通量测序质控结果,表8为36例样本高通量测序分型结果,表9为18例样本高通量测序整合结果。

SEQUENCE LISTING

<110> 武汉凯德维斯生物技术有限公司

<120> 一种用于检测人乳头瘤病毒HPV59的探针及其试剂盒

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技术分类

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