RNase HII 又称 RNase H2,是一种内切核糖核酸酶,专门针对并切断双链 DNA 螺旋内单个核糖核苷酸 5' 端的磷酸二酯键,产生 5' 磷酸和 3' 羟基(图 1)。该酶对单链 RNA 的切割活性极小,对双链 DNA (dsDNA) 和单链 DNA (ssDNA) 均无活性。RNase HII 在 50°C 至 75°C 的温度范围内保持功能活性,在 70°C 至 75°C 之间的温度下达到峰值性能。 RNase HII 具有独特的能力,可以在核苷酸整合的 DNA 位点进行靶向单点切割,而不会影响 dsDNA 或 ssDNA,可作为反应启动(包括引物激活和延伸)的精确“触发器”,以实现特异性扩增。该酶在 RNase H 依赖性 PCR (rhPCR)、环介导等温扩增 (LAMP) 技术和冈崎片段中 RNA 成分的降解中起着关键作用。
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图1. RNase HII反应原理示意图
RNase HII 的功能应用
一、RNase H依赖性PCR(重组人PCR)
rhPCR 将 RNase HII 和专门设计的封闭式可裂解 rhPCR 引物整合到 PCR 过程中。这种方法利用 RNase HII 的独特性质,选择性地水解 DNA-RNA 杂交体中的 RNA,同时保持单链或双链 DNA 和 RNA 中的磷酸二酯键完好无损。因此,RNase HII 仅消化 DNA-RNA 杂交体,并在引物与目标 DNA 序列完全互补时允许引物延伸。这种有针对性的作用显著提高了反应的准确性。RNase HII 是唯一一种能够通过在核糖核酸的 5' 端进行切割来启动精确去除核糖核苷酸而不会引起突变的酶。由于其高特异性、灵敏度和可重复性,rhPCR 在单核苷酸多态性 (SNP) 检测、基因分型、同时检测多个目标和环境核酸分析等应用中具有独特的优势。
技术路线
1. 引物设计
引物设计必须保证切割后的解链温度高于退火温度,以保证引物在PCR循环过程中稳定地与模板结合。rhPCR引物由三部分组成:
1)5'DNA片段:长度和解链温度(Tm)要求与标准PCR引物相当,经RNase HII酶切割后能有效与模板DNA配对并从模板DNA上延伸。
2)单个RNA碱基:为RNase HII提供切割位点。
3)3' DNA片段:长度为4或5个碱基的片段,带有阻断剂,通常是一种较短的、不可延伸的分子,如丙二醇,它可以阻止DNA聚合酶的延伸,直到阻断剂被去除。
2.切割和延伸
rhPCR反应开始时,引物与模板DNA处于游离状态,当引物与特定的RNA:DNA异源双链模板结合时,被阻断的引物的RNA碱基5’端被RNase HII酶识别并切割,留下带有3’-羟基的DNA寡核苷酸,为DNA聚合酶延伸提供起点,之后进行常规PCR扩增过程。
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图2. rhPCR原理图 [1]
二.环介导等温扩增(LAMP)
环介导等温扩增(LAMP)是一种简便快速的基因扩增方法,可在短时间内等温条件下扩增核酸。但由于室温制备过程中DNA聚合酶活性的启动,会形成非特异性错配,从而导致少量错配和引物二聚体,造成微小污染,可能导致假阳性。
将RNase HII应用到LAMP扩增体系中,可以有效解决LAMP技术中的假阳性问题,拓展其在临床诊断中的应用。如图3所示,采用RNase HII的引物激活LAMP方法(PA-LAMP),当引物与目标ssDNA配对时,RNase HII酶特异性地切割引物上的RNA,使其活化并允许引物延伸,实现特异性扩增,有效降低系统中的假阳性。
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图3 PA-LAMP原理示意图 [2]
Yeasen 核糖核酸酶Ⅱ
1.大肠杆菌 基因组 DNA 残留量 < 0.5 拷贝/100 U
检测 大肠杆菌 不同批次RNase HII中基因组DNA残基的比较结果表明,宿主基因组DNA残基
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图 4. 检测 大肠杆菌 基因组 DNA 残基
2. 95℃耐热试验
将RNase HII在95℃加热0至45分钟后,检测RNase HII的酶活性。结果表明,在
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图5. 95℃耐热试验
3. 无外切酶、切口酶或 RNase 残留物(1 U 剂量)
将1U不同批次的RNase HII与各自的底物DNA/RNA在37°C下孵育4小时,琼脂糖凝胶电泳结果表明RNase HII中无外切酶、切口酶及RNase残留。
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图 6.外切酶、切口酶、RNase残留检测结果
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产品应用 | 产品名称 | 目录编号 |
重组人PCR、LAMP | 14539ES 14541ES | |
重组人PCR | 10101ES | |
RT-LAMP | 14402ES | |
11111ES |
参考
[1] Dobosy JR、Rose SD、Beltz KR、Rupp SM、Powers KM、Behlke MA、Walder JA。RNase H 依赖性 PCR (rhPCR):使用阻断可裂解引物提高特异性和单核苷酸多态性检测。BMC Biotechnol。2011 年 8 月 10 日;11:80。doi:10.1186/1472-6750-11-80。
[2] 杜伟锋, 葛建华, 李建军, 等.引物激活环介导等温扩增(PA-LAMP)技术单步高特异性检测单核苷酸突变[J].分析化学学报, 2019(1050-):1050.DOI:10.1016/j.aca.2018.10.068.