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撥開迷霧:熒光定量?jī)?nèi)參基因
我們?cè)谶M(jìn)行qPCR實(shí)驗(yàn)時(shí),對(duì)于內(nèi)參基因的選擇往往會(huì)不假思索地選擇GAPDH和β-actin或18S rRNA之類的內(nèi)參基因。貌似除了這些,我們并沒(méi)有別的更好的選擇。即使你對(duì)這些基因產(chǎn)生了質(zhì)疑,無(wú)論是查閱參考文獻(xiàn)還是與師兄師姐討論過(guò)后,依舊還是義無(wú)反顧的選擇之前的選擇。久而久之,GAPDH和β-actin或18S rRNA三位在內(nèi)參基因界的江湖地位就已經(jīng)不可動(dòng)搖了。
大家都知道,內(nèi)參基因的作用就是去除不同樣本在RNA產(chǎn)量、質(zhì)量以及逆轉(zhuǎn)錄效率上可能存在的差別,從而獲得目的基因特異性表達(dá)的真正差異。所以,我們會(huì)選擇內(nèi)參基因進(jìn)行校正和標(biāo)準(zhǔn)化。通常我們選擇內(nèi)參基因的標(biāo)準(zhǔn)是①高度或中度表達(dá),排除太高或者太低;②表達(dá)水平不受任何外源性因素等影響;③不存在假基因。
今天我們來(lái)扒一扒上述三個(gè)內(nèi)參基因。
GAPDH
為什么GAPDH被選作內(nèi)參基因?
GAPDH是甘油醛-3-磷酸脫氫酶的縮寫,經(jīng)典的糖酵解反應(yīng)中的一個(gè)酶。該酶廣泛存在于眾多生物體中,并且在細(xì)胞中含量豐富,占總蛋白的10%-20%。GAPDH基因有高度保守的序列,在同種細(xì)胞或者組織中的蛋白表達(dá)量一般是恒定的。故長(zhǎng)期以來(lái)該基因被廣泛用作qPCR或Western blot中的內(nèi)參基因。
GAPDH不適合選作內(nèi)參的情況
GAPDH基因是糖酵解中的關(guān)鍵基因,正是因?yàn)槿绱?,在代謝中過(guò)程中的表達(dá)很容易受到多種因素的影響。如在細(xì)胞的增殖過(guò)程中,細(xì)胞需要的能量ATP增多,糖酵解代謝加大,GAPDH基因的表達(dá)水平很有可能被上調(diào)。有報(bào)道稱,該基因可作為腫瘤發(fā)生的標(biāo)志物,在腫瘤組織與正常細(xì)胞及癌旁正常組織比較時(shí),GAPDH表達(dá)并不一致。故在比較腫瘤組織與正常組織或細(xì)胞的某種基因或蛋白的表達(dá)時(shí),GAPDH作為內(nèi)參應(yīng)慎重。
GAPDH基因功能的多樣性
β-actin
為什么β-actin被選作內(nèi)參基因?
β-actin選作內(nèi)參基因因其序列高度保守,其mRNA表達(dá)數(shù)量高,是橫紋肌肌纖維中的一種主要的蛋白成分,也是肌肉細(xì)絲及細(xì)胞骨架微絲的主要成分。該基因幾乎在所有真核細(xì)胞中表達(dá),廣泛存在哺乳動(dòng)物動(dòng)物的組織與細(xì)胞內(nèi)。故其作為內(nèi)參基因是得到*的。
β-actin不適合選作內(nèi)參的情況
對(duì)于actin蛋白由幾種異構(gòu)體組成,actin大致可以分為6種,存在于組織分布特異性,不同actin之間具有較大的序列相似性(>90%)。在肌肉組織中β-actin分布很少,心肌中主要是alpha-cardiac muscle actin蛋白。故并不是所有的組織都適合選β-actin作為內(nèi)參。例如當(dāng)細(xì)胞向惡性轉(zhuǎn)化時(shí),β-actin mRNA的表達(dá)水平增加;而假基因的的存在也可干擾β-actin的檢測(cè),此時(shí)并不適合選擇β-actin作為內(nèi)參。
18S rRNA
18S rRNA與30多種核糖體蛋白共同構(gòu)成真核生物核糖體40S小亞基,從而與60S大亞基一起完成細(xì)胞中的蛋白質(zhì)合成。
為什么18S rRNA被選作內(nèi)參基因?
18S rRNA作為內(nèi)參的原因可總結(jié)如下:①18S rRNA存在于核糖體小亞基中,其編碼基因rDNA(18S rRNA/rDNA)在生物演化過(guò)程中相當(dāng)保守;②存在于所有真核生物細(xì)胞中; ③易于使用通用引物擴(kuò)增;④rRNA的合成是由RNA聚合酶I合成,mRNA是由RNA聚合酶II合成,因此rRNA合成的調(diào)節(jié)獨(dú)立于mRNA,在影響mRNA表達(dá)的各種條件下,各種rRNA水平很少發(fā)生變化;⑤rRNA屬于高峰度表達(dá),遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目標(biāo)mRNA,較其他內(nèi)參基因穩(wěn)定且受RNA降解影響較小。故18S rRNA被廣泛選作內(nèi)參。
同樣是rRNA的5S rRNA和5.8S rRNA以及28S rRNA就不適合作為內(nèi)參,因?yàn)?/span>①5S與5.8S在核糖體大亞基中的rRNA分子序列短,提供的信息少;②28S rRNA序列雖然較長(zhǎng),可提供更多的信息,能更準(zhǔn)確地揭示系統(tǒng)發(fā)育的規(guī)律,但基因數(shù)據(jù)庫(kù)中相關(guān)信息較少,不利于比較分析。
18S rRNA不適合選作內(nèi)參的情況
然而,rRNA的轉(zhuǎn)錄易受到各種生物因素和藥物的影響。在有絲分裂期間,28S、18S rRNA明顯減少或停止表達(dá)。此外存在很大爭(zhēng)議的是rRNA不包括poly(A)尾,在以oligo(dT)為引物的cDNA合成中不能被逆轉(zhuǎn)錄,建議在反轉(zhuǎn)錄的過(guò)程中除用oligo(dT)引物外,還要用18S作為反向引物,反轉(zhuǎn)錄后的cDNA用RNA酶處理一下,再高溫滅活。
其他內(nèi)參基因的表達(dá)情況
其實(shí)不僅僅是GAPDH和β-actin或18S rRNA這三個(gè)基因在作為內(nèi)參基因的存在問(wèn)題,其他的很多內(nèi)參基因在不同組織中的表達(dá)水平也是存在較大差異的。如不同內(nèi)參基因在不同組織中表達(dá)波動(dòng)較大的HPRT基因△CT為10.3;同一內(nèi)參基因在不同的組織中,如心,腦,胎盤,肺,肝,骨骼肌,腎等組織中表達(dá)也不是恒定的。見下圖:
不同的內(nèi)參基因在不同組織中△CT變化 |
不同內(nèi)參基因在不同組織中表達(dá)差異 |
結(jié)論
沒(méi)有一種RNA的表達(dá)水平在所有條件下是恒定的,在各種因素的影響下,如細(xì)胞周期的不同階段,內(nèi)參基因的RNA表達(dá)水平是變化的。至今,不存在任何一種基因適用于所有類型的細(xì)胞或組織。故我們研究者應(yīng)該根據(jù)自己所研究的細(xì)胞和組織類型以及實(shí)驗(yàn)要求,做預(yù)實(shí)驗(yàn)。從多種內(nèi)參基因中篩選出適合自己實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定表達(dá)的內(nèi)參基因。同時(shí)也可以選擇多內(nèi)參基因的研究方法,設(shè)置兩個(gè)或兩個(gè)以上內(nèi)參基因,取平均值,然后去校正自己的目的基因能夠得到更可靠的結(jié)果。
參考文獻(xiàn)
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HieffTM qPCR SYBR® Green Master Mix (Low Rox Plus) | 11202ES03/08/60 | 1/5/100 ml | 180/498/5980 |
HieffTM qPCR SYBR® Green Master Mix (High Rox Plus) | 11203ES03/08/60 | 1/5/100 ml | 180/498/5980 |
UNICONTM qPCR SYBR® Green Master Mix ( 抗體法,No Rox) | 11198ES03/08/25/50/60 | 1/5/25/50/100 ml | 196/586/2496/4596/7996 |
UNICONTM qPCR SYBR® Green Master Mix ( 抗體法,Low Rox) | 11199ES03/08/25/50/60 | 1/5/25/50/100 ml | 196/586/2496/4596/7996 |
UNICONTM qPCR SYBR® Green Master Mix ( 抗體法,High Rox) | 11200ES03/08/25/50/60 | 1/5/25/50/100 ml | 196/586/2496/4596/7996 |