完整線粒體mtDNA提取神器SageHLS在測序合成的應用

有關線粒體DNA： 線粒體是一種存在于大多數細胞中的由兩層膜包被的細胞器，細胞中制造能量的結構，是細胞進行有氧呼吸的主要場所。線粒體病是遺傳缺陷引起線粒體異常，致使ATP合成障礙、能量來源不足等導致的一組異質性病變，又稱為線粒體細胞病。常見的線粒體疾病有Leber遺傳性視神經病變（LHON）、線粒體腦肌病合并乳酸血征及卒中發作（MELAS）綜合征、肌陣攣性癲癇伴肌陣攣破裂紅纖維(MERRF)綜合征、母系遺傳糖尿病伴耳聾綜合征等，線粒體疾病發病率約為1:5000（約每5000人中1人發病）。不同物種的線粒體基因組（mtDNA）大小有差異，動物線粒體基因組DNA較小，約為15.7～19.5kb，人類的mtDNA大小為16.659Kb。
 
線粒體DNA測序現狀&難點：
mtDNA的突變會產生多種與腦和肌肉組織能量缺陷相關的遺傳因素。mtDNA突變的診斷在以下幾個方面依然面臨著巨大的挑戰：

1. 總量低：盡管每個哺乳動物細胞有成千上百個mtDNA（每個細胞約300-1000個mtDNA），但是mtDNA基因組非常小（16,659bp，環狀），僅占細胞內總DNA含量的0.2%。
2. 低拷貝數和分布特異性：對比核基因突變的高拷貝，線粒體蛋白突變通常在每個（雜合或純合）細胞中只有1-2個拷貝，mtDNA突變僅存在于極小部分的mtDNA分子中。此外，與人類疾病相關的mtDNA突變的分布往往具有組織特異性。
3. 同源核假基因干擾：mtDNA基因中存在一些核假基因，這些假基因與mtDNA的編碼部分具有高度序列同源性。這些假基因的序列讀取使mtDNA突變位點的檢測更加復雜化。

 
使用SageHLS平臺進行完整mtDNA富集 為了確保低豐度mtDNA突變的檢測不受核假基因的干擾，許多研究人員采用傳統的氯化銫密度梯度離心法來富集mtDNA，或在NGS二代測序前通過PCR富集特異性的mtDNA序列，該方法雖然是mtDNA富集的金標準，但是整個富集流程所需試劑多，操作繁瑣且耗時。Sage Science公司推出的SageHLS全自動大片段DNA回收儀展示了一種新的分離mtDNA的方法（如圖1），提供與梯度離心相當的富集得率，且手工操作的時間顯著低于密度梯度離心法。  
結果展示：
SageHLS只需通過一個步驟，就可富集得到mtDNA。整個工作流程完全自動化，僅包含1.25小時的提取和片段分離電泳，以及1.5小時的洗脫。提取結果由illumina和ONT兩大測序平臺進行測序分析后，結果顯示（如圖2），大部分的二代測序突變結果會在三代測序結果上證實。但是，部分三代測序測得的突變未在二代測序結果中檢出。  
結果表明：SageHLS可以用來富集完整的人源mtDNA，文中我們采用簡單易分離的WBC（白細胞）作為上樣樣本，使用SageHLS進行mtDNA純化的過程是完全自動化的，可獲得與繁瑣耗時的金標準——氯化銫密度梯度離心法同樣純度等級的mtDNA。SageHLS富集得到的mtDNA濃度和純度完全符合Illumima測序平臺對mtDNA樣本的需求，同時也能對占比很低的罕見異質性的mtDNA變異位點進行檢測。另外，隨著單分子平臺投入成本的降低（Oxford Nanopore和 PacBio），我們的方法對于制備這些平臺所需的mtDNA是很有用的，將有助于較大的插入、缺失和重排的檢出。
 
SageHLS功能簡介：
SageHLS是一款專用于DNA大片段回收的設備。除了可以提取完整mtDNA（下圖），還可以完成靶向大片段DNA的捕獲（上圖），以及HMW高分子量基因組DNA的回收（50Kb-2Mb）。
 
環亞生物科技有限公司作為美國Sage Science公司在中國區的獨家代理商，自2011年以來將Sage Science的產品線引入國內，一直為國內用戶提供專業的全自動核酸片段回收系統的安裝測試、應用培訓，技術支持與售后維護工作，贏得客戶的一致好評與信任。環亞生物科技有限公司將一如既往的支持越來越多的Sage Science用戶。