RNase HII,也稱為 RNase H2,是一種內切核糖核酸酶,可特異性地靶向並切斷雙股 DNA 螺旋內單一核糖核苷酸 5' 端的磷酸二酯鍵,產生 5' 磷酸和 3' 羥基(圖 1)。此酵素對單股 RNA 表現出最小的切割活性,且對雙股 DNA(dsDNA)和單股 DNA(ssDNA)均無活性。 RNase HII 在 50°C 至 75°C 的溫度範圍內保持功能活性,並在 70°C 至 75°C 之間的溫度下達到峰值性能。 RNase HII 利用其獨特的能力,在核苷酸整合的 DNA 位點進行有針對性的單點切割,而不影響 dsDNA 或 ssDNA,可作為反應啟動(包括引子激活和延伸)的精確“觸發器”,實現特定的擴增。該酵素在RNase H依賴性PCR(rhPCR)、環介導等溫擴增(LAMP)技術和岡崎片段中RNA成分的降解中起著關鍵作用。
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圖1. RNase HII反應原理示意圖
RNase HII 的功能應用
一. RNase H依賴性PCR(重組人PCR)
rhPCR 將 RNase HII 和專門設計的封閉式可裂解 rhPCR 引子納入 PCR 過程。此方法利用 RNase HII 的獨特特性來選擇性地水解 DNA-RNA 雜交體中的 RNA,同時保持單鍊或雙股 DNA 和 RNA 中的磷酸二酯鍵完好無損。因此,RNase HII 僅消化 DNA-RNA 雜交體,且當引子與目標 DNA 序列完全互補時允許引子延伸。這種有針對性的行動大大提高了反應的準確性。 RNase HII 是唯一能夠透過在核糖核酸的 5' 端進行切割來啟動核糖核苷酸的精確去除,而不會誘發突變的酵素。 rhPCR因其高特異性、靈敏度和可重複性,在單核苷酸多態性(SNP)檢測、基因分型、多目標同時檢測、環境核酸分析等應用中具有明顯的優勢。
技術路線
1. 引子設計
引子設計必須確保切割後的熔化溫度高於退火溫度,以確保引子在PCR循環過程中穩定地與模板結合。 rhPCR引子由三個部分組成:
1)5'DNA片段:長度和解鏈溫度(Tm)要求與標準PCR引子相當,經RNase HII酶切割後能有效與模板DNA配對並從模板DNA上延伸。
2)單一RNA鹼基:為RNase HII提供切割位點。
3)3' DNA片段:長度為4或5個鹼基的片段,帶有阻斷劑,通常是一種較短的、不可延伸的分子,如丙二醇,它可以阻止DNA聚合酶的延伸,直到阻斷劑被去除。
2.切割和延伸
在 rhPCR 反應開始時,引子和模板 DNA 是自由的。當引子與特定的RNA:DNA異質雙股模板結合時,被阻斷引子的RNA鹼基5'側被RNase HII酶識別並切割,留下帶有3'-羥基的DNA寡核苷酸,為DNA聚合酶延伸提供起點。接下來是常規的 PCR 擴增過程。
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圖2. rhPCR原理圖 [1]
二.環介導等溫擴增(LAMP)
環介導等溫擴增(LAMP)是一種簡單、快速的基因擴增方法,可在短時間內以等溫條件擴增核酸。但由於室溫製備過程中DNA聚合酶活性的啟動,會形成非特異性錯配,進而導致少量錯配和引子二聚體,造成輕微污染,可能導致假陽性。
將RNase HII應用於LAMP擴增體系,可以有效解決LAMP技術中的假陽性問題,拓展在臨床診斷上的應用。如圖3所示,採用RNase HII的引子活化LAMP方法(PA-LAMP),當引子與目標ssDNA配對時,RNase HII酶特異性地裂解引子上的RNA,使其活化並允許引子延伸,實現特異性擴增並有效降低系統中的假陽性。
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圖3 PA-LAMP原理示意圖 [2]
Yeasen 核糖核酸酶Ⅱ
1.大腸桿菌 基因組 DNA 殘留量 < 0.5 拷貝/100 U
偵測 大腸桿菌 不同批次RNase HII中基因組DNA殘基的比較結果表明,宿主基因組DNA殘基
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圖 4. 檢測 大腸桿菌 基因組 DNA 殘基
2. 95℃耐熱試驗
將RNase HII在95°C加熱0至45分鐘後,測試RNase HII的酵素活性。結果表明,酶活性幾乎沒有損失。
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圖5. 95℃耐熱試驗
3. 無外切酶、切口酶或 RNase 殘留物(1 U 劑量)
將1U不同批次的RNase HII與各自的底物DNA/RNA在37°C孵育4小時,瓊脂糖凝膠電泳結果顯示RNase HII中無外切酶、切口酶及RNase殘留。
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圖 6.外切酶、切口酶、RNase殘留檢測結果
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產品應用 | 產品名稱 | 目錄編號 |
重組人PCR、LAMP | 14539ES 14541ES | |
重組人PCR | 10101ES | |
RT-LAMP | 14402ES | |
11111ES |
參考
[1] Dobosy JR、Rose SD、Beltz KR、Rupp SM、Powers KM、Behlke MA、Walder JA。 RNase H依賴性PCR(rhPCR):使用阻斷的可裂解引子提高特異性和單核苷酸多態性檢測。 BMC 生物技術。 2011年8月10日;11:80。 doi: 10.1186/1472-6750-11-80。
[2] 杜偉鋒, 葛建華, 李建軍, 等.引子活化環介導等溫擴增(PA-LAMP)技術單步高特異性檢測單核苷酸突變[J].分析化學學報, 2019(1050-):1050.DOI:10.1016/j.aca.2018.