Tecnica: amplificazione esponenziale a cicli successivi tramite DNA polimerasi (adesso e’ termo resistente)
DNA polimerasi di “thermophilus aquaticus” (Taq polimerasi)
- salto di qualita’ del metodo, molto piu’ efficiente.
Le applicazioni si sono moltiplicate nella ricerca biologica e medica, nella diagnostica e medicina forense (legale)
Il principio sfrutta l’efficienza (velocita’ di sintesi) della DNA polimerasi utilizzando due inneschi (primers) artificiali scelti dallo sperimentatore sulla sequenza da amplificare (modo esponenziale).
La reazione a catena della DNA polimerasi
Reazione a Catena di Polimerizzazione RCP PCR
3 temperatura ottimale di sintesi della Taq polimerase 72°C che eviti rinaturazione e amplificaz. aspecifiche
alla fine del ciclo prima si doveva riaggiungere la polimerasi
ogni fase del ciclo può durare da 30” ad 1’ o più minuti secondo la lunghezza del frammento da amplificare
(oltre 1’ per più di 2 kb fino a 10’ per 10 kb)
le tre temperature
anche in vitro si può sfruttare il metodo naturale di sintesi
se aggiungiamo un primer sulla catena complementare:
otteniamo una amplificazione di tutte e due le eliche,
e poi ? se la reazione coninua è esponenziale !
dopo la sintesi si otterrano 2 doppie eliche identiche alla prima
denaturazione
la tabellina del 2
5’
3’
3’
5’
pr. rev.
pr. frw.
= seq +
+
_
= seq -
Il ciclo (non il velocipede)
II CICLO 4 eliche
5’
5’
5’
3’
3’
3’
3’
5’
5’
5’
5’
3’
3’
3’
3’
5’
5’
5’
5’
3’
3’
3’
3’
5’
Denaturazione
III CICLO
8 eliche
16 eliche
5’
3’
5’
3’
3’
5’
3’
5’
32 eliche…..
IV ciclo
Ciclo continuo
Le condizioni di reazione di ogni passaggio
il DNA templato sufficientemente purificato se genomico ad alto peso molecolare
i primers di sintesi prodotti da ditte specializzate (15-25 bp)
la concentrazione del Mg di solito 1,5 mM
il Buffer ottimale per la polimerasi
H2O per portare al volume finale di reazione ~ 50 microlitri
i reagenti della reazione enzimatica
Le componenti per la reazione:
nel caso del pyrosequencing
Real Time PCR abbreviata = RT-PCR da non confondere
AFLPs
(uso di adapters anche col random sequencing e PCR)
Mutagenesi
Pcr quantitativa e semiquantitativa competitiva
3C = chromosome conformational capture e varianti
devo fare prima una retrotrascrizione con random priming con esanucleotidi
e poi la PCR per vedere se il gene è espresso (trascritto)
esperimento sostitutivo di un Northern, ma non dice la lunghezza del messaggero
i primers come li scelgo ? : sulla sequenza coding che è quella depositata in banca dati e che non è il cDNA che sarebbe il DNA complementare all’mRNA dopo retrotrascriz.
quindi si selezionano i primers come per una normale PCR purchè si abbia la sequenza corrispondente a quella coding = al mRNA = sequenza codificante (quella in banca dati)
Ampliconi possibilmente a cavallo di introni, perché ?
Analisi a partire da piccole quantità di RNA totale,
svantaggio: non si sa la lunghezza del cDNA o mRNA
5’
3’
Ritocco dei parametri del protocollo, le variabili, il ciclo,
se abbiamo provato ad ottimizzare in ogni modo la nostra PCR e vediamo che si amplificano altri frammenti si prova a fare una seconda PCR sul primo prodotto con nuovi primers
amplificazioni aspecifiche, peso molecolare diverso dall’amplicone prescelto
I coppia rossa amplicone + lungo
II coppia celeste nested amplicone + corto
calcolate:
la T°C e lunghezza
ampliconi
da bp a bp
scrivete i
primers
da 5’ a 3’
determinare lunghezza posizione T melting dei primers
lunghezza ampliconi = da bp n.x a bp n.y e posizione
dal cDNA in poi PCR
sistemi onnicomprensivi con entrambe le reazioni
PCR con primers esonici
Primers: le stesse condizioni di scelta di PCR diretta
a differenza del Northern si può usare quantità minime di RNA
come eliminare il DNA: con estrazioni specifiche con gradiente in ClCs o con solventi specifici (Guanidina)
dopo l’estrazione trattamento con DNAse
scelta di primers su esoni diversi: il DNA contaminante ha peso molecolare maggiore (introni)
l’amplificazione è proporzionale alla quantità iniziale
dopo un certo numero di cicli c’è saturazione
saturazione = impossibilità di rilevazione delle differenze o di crescita lineare del prodotto di amplificazione, si perde la proporzionalità di amplificazione e quindi una risposta di tipo quantitativo, resta solo una indicazione qualitativa.
rispondete perchè già lo sapete!
se si amplifica cosa vuol dire?
altro controllo positivo nel caso che il trascritto sia assente o debolissimo:
amplificazione con primers per un gene house-keeping
Questa tecnica, nota anche come “one-sided” PCR o “anchored” PCR, puo’ essere considerata una variante della più classica PCR.
Principi della RACE
cDNA primo filamento prodotto dalla RT (completi e non)
5’
5’
TTT
3’
3’
3’
5’
I cDNA ottenuti possono avere estremità diverse a secondo
dell’efficienza della RT, e dei primers usati
RT = reverse transcriptase / trascrittasi inversa
cDNA
5’
3’
TTTTT
regione nota
regione ignota
Dall’IBRIDAZIONE con sequenze conservate evolutivamente
e/o funzionalmente.
Cosa serve per fare la RACE
TTTTTT
5’
3’
trattamento con RNase
PCR con primer frw. noto e primer rev. con
coda aggiunta
TTTTTT
5’ noto
3’
5’
prim rev.
prim.frw
TTTTTT
3’
5’
3’ ignoto
Race ricerca del 3’ ignoto
cDNA
5’
3’
TTTTT
regione nota
regione ignota
primer specifico
Una amplificazione con un solo primer specifico potrebbe dare dei prodotti anche aspecifici.
Quale strategia si può adottare ? Esiste una possibilità per aumentare la specificità di reazione, per ottenere il prodotto specifico corrispondente a ciò che sto cercando ?
5’
AAA….AAA
n
TTT…..TTT
5’
3’
RACE 3’
la polimerase estende da un 3’ libero purchè appaiato
5’
3’
3’
5’
poco importa se ha una parte al 5’ non appaiata, verrà inglobata lo stesso nell’amplicone e ne farà parte dalla amplificazione successiva in cui serve da templato
3’
…e la specificità???
gsp = gene specific primer
Uap = universal amplification primer
Auap = abridget univ.ampl. primer
Race fasi successive
Specificità GSP2
I primers UAP e AUAP servono per avere delle T melting su cui disegnare i GSP
Solammente il primer della seq
nota si può cambiare con un
secondo più interno
mRNA
5’
3’
AAAA
RT reverse trascrittasi
cDNA
3’
TTTT
5’
RACE 3’
I filamento
I filamento
5’
TTTT
3’
seq nota
amplicone finale contenente il 3’ ignoto
I prim
II prim
II filamento
AAAA 3’
5’
prim esterno con coda
eventuale
TTTT
GSP1
NON deve essere interno o sovrapposto ad introni;
NON deve avere una Tm molto alta (lavora circa a 42°C);
NON deve avere una bassa specificità o omologia con altri geni;
Race 5’ fase I
3’
5’
CCC….CCC
Race 5’ fase II
rev. transcript. a temp. restrittiva con enzima mutante RH-
trattamento con RNase
5’
3’
cDNA singolo filamento
trattamento con terminal transferase
CCCC
primer frw di poly G
5’
3’
cDNA singolo filamento
CCCC
sintesi secondo filamento
PCR selettiva
c
c
c
c
c
c
c
c
c
c
primer rev. specif.
race 5’ignoto riepilogo
5’
3’
CCCC
I primer rev. specif.
5’
3’
II primer rev. spec.
interno (nested)
GGGGG
CCCCC C
5’ sconosciuto
II primer rev. spec.
interno (nested)
Clonaggio in un vettore per inserzione con estremita’ coesive per restrizione dell’adattatore o con A-T
Race 5’ ricapitolazione
Clonaggio dei prodotti PCR
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