定点突变是指通过聚合酶链式反应(PCR)等方法向目的DNA片段(可以是基因组,也可以是质粒)中引入所需变化(通常是表征有利方向的变化),包括碱基的添加、删除、点突变等。
单点突变原理
单点突变的原理是从常规E.coli中经纯化试剂盒(Miniprep)或者氯化铯纯化抽提得到质粒。设计一对包含突变位点的引物(正、反向),和模版质粒退火后用PfuTurbo聚合酶“循环延伸”,(所谓的循环延伸是指聚合酶按照模版延伸引物,一圈后回到引物5’端终止,再经过反复加热褪火延伸的循环,这个反应区别于滚环扩增,不会形成多个串联拷贝。)正反向引物的延伸产物退火后配对成为带缺刻的开环质粒。DpnI酶切延伸产物,由于原来的模版质粒来源于常规大肠杆菌,是经dam甲基化修饰的,对DpnI敏感而被切碎(DpnI识别序列为甲基化的GATC,GATC在几乎各种质粒中都会出现,而且不止一次),而体外合成的带突变序列的质粒由于没有甲基化而不被切开,因此在随后的转化中得以成功转化,即可得到突变质粒的克隆。
多点突变原理
多点突变的原理是准备多个带突变的引物(同方向,对同一单链模版),退火后全部突变引物(不超过5个)都结合在同一环状单链模版,PfuTurbo聚合酶延伸,碰到下一个引物就停止,各片断经连接成环,和单链模版组成杂和环,Dpn I消化双链模版,也消化杂和环中的模版,只留下新合成的带多个突变的单链环(mutant ssDNA),得以转化E.coli,形成双链质粒。资料表明,引入3个定点突变的效率为60%,5个定点突变的效率为30%。得到的其他质粒是带有较少定点突变的质粒,以引入3个定点突变为例,就是有40% 左右的转化质粒是带有1-2个不同定点突变的质粒(因为存在1-2个引物结合模版延伸形成单链环的可能)。
定点突变应用
(1)研究蛋白质相互作用位点的结构、改造酶的不同活性或者动力学特性;
(2)改造启动子或者DNA作用元件;
(3)提高蛋白的抗原性或者是稳定性、活性、研究蛋白的晶体结构,以及药物研发、基因治疗等等方面。