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Die Reverse Transkriptase Polymerase Kettenreaktion englisch reverse transcription polymerase chain reaction kurz RT PCR ist die Kombination von zwei Methoden der Molekularbiologie die Nutzung der Reversen Transkriptase RT und der Polymerase Kettenreaktion PCR um RNA nachzuweisen wie z B die Genexpression von spezifischen Genen in Zellen Geweben und Blutserum oder auch Ribozyme Ribonukleoproteine oder das Genom von RNA Viren Verwendet wird die RT PCR in Forschung und Diagnostik Die Abkurzung RT PCR bezeichnet gelegentlich auch die Real Time Quantitative PCR was zu Verwechslungen fuhren kann weshalb diese haufiger mit qPCR abgekurzt wird Eine Kombination von RT PCR und qPCR wird dann als RT qPCR bezeichnet Inhaltsverzeichnis 1 Geschichte 2 Prinzip 3 Anwendungen 4 Qualitatssicherung 5 Literatur 6 EinzelnachweiseGeschichte BearbeitenReverse Transkriptasen wurden 1970 gleichzeitig durch Howard M Temin im Rous Sarkom Virus RSV und durch David Baltimore im RSV und im Moloney Murine Leukemia Virus MoMLV entdeckt 1 2 Fur ihre Entdeckung erhielten beide 1975 den Nobelpreis fur Physiologie oder Medizin gemeinsam mit Renato Dulbecco Die Erzeugung von cDNA aus RNA mit Hilfe von reversen Transkriptasen wurde erstmals im Jahr 1971 beschrieben 3 Die anschliessende Amplifikation der erzeugten cDNA erfolgte erstmals 1976 mittels DNA Polymerasen 4 Die Verwendung von thermostabilen DNA Polymerasen erfolgte erstmals 1989 5 Im Jahr 1990 wurde erstmals eine RT PCR in einem Reaktionsansatz engl One Step RT PCR durchgefuhrt 6 7 Die Spezifitat der Reaktion konnte durch Hot Start DNA Polymerasen erhoht werden Prinzip BearbeitenDie RT PCR ist ein in der Regel dreistufiger Prozess nach einer RNA Reinigung wird die RNA in DNA umgeschrieben dann Teile der DNA spezifisch vermehrt Um die Transkription eines Genes des Transkriptoms eines Ribozym von Ribonukleoproteinen oder das Genom von RNA Viren nachzuweisen muss die RNA untersucht werden Daher wird zuerst eine Reverse Transkriptase RT eingesetzt eine RNA abhangige DNA Polymerase mit deren Hilfe RNA in cDNA umgeschrieben werden kann Bei einer anschliessenden Amplifikation von DNA durch die Polymerase Kettenreaktion PCR werden spezifische thermostabile DNA Polymerasen verwendet die DNA abhangig sind d h sie sind nicht in der Lage RNA zu amplifizieren Die cDNA kann im Anschluss als Ausgangsmaterial in einer PCR verwendet werden um spezifische Sequenzen aus dieser zu amplifizieren Meistens wird zwischen der reversen Transkription und der PCR ein zehnminutiges Erhitzen auf 95 C verwendet bei der die reverse Transkriptase denaturiert wird Die Produkte der RT PCR lassen sich gelelektrophoretisch untersuchen und anschliessend klonieren oder sequenzieren Die heute eingesetzten Reversen Transkriptasen sind veranderte Enzymvarianten aus unterschiedlichen Retroviren wie die des Moloney Murine Leukemia Virus MoMLV 8 oder des Avian Myeloblastosis Virus AMV 9 Die verschiedenen Varianten des Enzyms sind je nach Hersteller derart modifiziert worden dass sie eine hohere Spezifitat oder bessere Ertrage generieren konnen beispielsweise wird die im Enzym naturlich vorkommende RNase H Aktivitat deletiert 10 11 Konventionelle zur RT PCR verwendete reverse Transkriptasen retroviralen Ursprungs wie die AMV und die MoMuLV Reverse Transkriptase sind bei 95 C nicht thermostabil Bei den niedrigeren Temperaturen einer reversen Transkription mit diesen Enzymen kommen jedoch unspezifische Bindungen von Primern an die DNA Vorlage und Sekundarstrukturen in der DNA Vorlage vor welche zu unerwunschten Produkten fuhren und die Synthese des korrekten Produkts verhindern konnen Allerdings kann die reverse Transkriptase von AMV bis zu 70 C eingesetzt werden 12 Bei der reversen Transkriptase von MoMuLV wurden thermostabilere RNaseH negative Mutante beschrieben Mutationen E69K E302R W313F L435G N454K 13 Weiterhin wurde die Vorlagenspezifitat thermostabiler DNA Polymerasen durch Austausch des Cofaktors zweiwertige Magnesiumionen gegen zweiwertige Mangansalze herabgesetzt so dass mit einer DNA abhangigen thermostabilen Polymerase auch RNA in einer RT PCR als Vorlage zur Synthese von DNA eingesetzt werden konnte 5 Da die Syntheserate der Taq Polymerase mit Manganionen relativ niedrig war wurde bei dieser Variante der RT PCR zunehmend die Tth Polymerase eingesetzt 14 Jedoch erhohte die Zugabe von Manganionen auch die Anzahl fehlerhafter Produkte und erhohte die notwendige Menge an Vorlagen DNA weshalb diese Enzyme heute kaum noch zur reversen Transkription eingesetzt werden Diese Probleme konnten mit der thermostabilen 3173 Polymerase aus thermophilen Bakteriophagen vermieden werden welche die hohen Temperaturen einer PCR fur eine langere Zeit ubersteht und RNA als Vorlage bevorzugt 15 Als RNA abhangige DNA Polymerase benotigt die Reverse Transkriptase ein kurzes DNA Stuck einen so genannten Primer zur Initiation der Synthese der Komplementar DNA cDNA Zur Analyse von poly A tragender mRNA wird hier ein sogenannter Oligo d T Primer verwendet also mehrere Thymin Basen welche komplementar zum Poly A Schwanz am 3 Ende der mRNA sind Sehr kurze RNA Molekule wie reife microRNAs sind viel zu klein 17 22 Basen fur den Einsatz ublicher Primer Daher werden zur reversen Transkription dieser Nukleinsauren besondere Schleifen Primer eingesetzt die nur am 3 Ende mit unter 10 Basen hybridisieren und so selektiv reife microRNAs statt mRNAs umschreiben Erst im zweiten Schritt der RT PCR werden Gen spezifische Primer eingesetzt Bei einer modifizierten Variante der One Step RT PCR werden stattdessen direkt Gen spezifische Primer verwendet und beide Reaktionen werden hintereinander im selben Gefass ausgefuhrt Bei der Zero Step RT PCR entfallt daruber hinaus der isothermale Zwischenschritt der sonst bei der reversen Transkription und vor der PCR Reaktion durchgefuhrt wird Durch die hohe Thermostabilitat des biotechnologisch veranderten Enzyms konnen beide Reaktionen parallel im selben Gefass ablaufen Gleichzeitig werden durch die hohere Temperatur von uber 55 C Sekundarstrukturen der RNA dauerhaft aufgebrochen Eine weitere Variante der RT PCR ist die RACE PCR Anwendungen BearbeitenDa eine cDNA zur ursprunglichen mRNA komplementar ist kann aus dieser anhand des genetischen Codes auch die Aminosaurensequenz eines Proteins abgeleitet werden fur welches diese mRNA codiert Da eine mRNA in Eukaryoten nach ihrer Transkription bereits modifiziert und gespleisst wurde ist sie im Gegensatz zum Gen auch Intron frei Daruber hinaus ermoglicht diese cDNA auch Informationen daruber zu erhalten ob das dazugehorige Gen in verschiedenen Isoformen exprimiert wird d h die mRNA alternativ gespleisst wird Uber RT PCR lasst sich also gezielt Genexpression nachweisen Genutzt wird die RT PCR auch bei der Diagnose von RNA Viren im Blutserum wie HIV und in jungerer Zeit haufig auch im Zusammenhang mit Influenza A H5N1 und SARS CoV 2 Bei einem Northern Blot konnen die Hybridisierungssonden per RT PCR hergestellt werden Zur Analyse des Transkriptoms wird die gesamte RNA in einer RT PCR mit einer Mischung kurzer Primer engl random hexamers in cDNA umgeschrieben und kopiert Im Anschluss erfolgt meistens ein Microarray oder eine Sequenzierung der cDNAs Hier reicht haufig die Ermittlung von Expressed Sequence Tags EST zur Identifizierung der Transkripte Qualitatssicherung BearbeitenZur Qualitatssicherung der Methodik fanden bereits umfangreiche Untersuchungen statt 16 17 18 Auch CDC Untersuchungen gemass der ISO Norm hier jedoch fur die Real Time Quantitative PCR wurden im internationalen Rahmen durchgefuhrt die auch veterinarmedizinisches Untersuchungsgut betrafen 19 Literatur BearbeitenCornel Mulhardt Der Experimentator Molekularbiologie Genomics Sechste Auflage Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg 2008 ISBN 3 8274 2036 9 J Sambrook T Maniatis D W Russel Molecular cloning a laboratory manual 3rd edition 2001 Cold Spring Harbor Laboratory Press ISBN 0 87969 577 3Einzelnachweise Bearbeiten H M Temin S Mizutani RNA dependent DNA polymerase in virions of Rous sarcoma virus In Nature 1970 Band 226 5252 S 1211 3 Erratum in Nature 1970 227 5253 102 PMID 4316301 Baltimore D RNA dependent DNA polymerase in virions of RNA tumour viruses In Nature 226 Jahrgang Nr 5252 Juni 1970 S 1209 11 doi 10 1038 2261209a0 PMID 4316300 S Spiegelman K F Watson D L Kacian Synthesis of DNA complements of natural RNAs a general approach In Proc Natl Acad Sci U S A 1971 Band 68 11 S 2843 5 PMID 4330945 PMC 389539 freier Volltext A Efstratiadis F C Kafatos A M Maxam T Maniatis Enzymatic in vitro synthesis of globin genes In Cell 1976 Band 7 2 S 279 88 PMID 60178 a b A M Carothers G Urlaub J Mucha D Grunberger L A Chasin Point mutation analysis in a mammalian gene rapid preparation of total RNA PCR amplification of cDNA and Taq sequencing by a novel method In Biotechniques 1989 Band 7 5 S 494 6 498 9 PMID 2483818 A L Shaffer W Wojnar W Nelson Amplification detection and automated sequencing of gibbon interleukin 2 mRNA by Thermus aquaticus DNA polymerase reverse transcription and polymerase chain reaction In Anal Biochem 1990 Band 190 2 S 292 6 PMID 2291473 L N Sellner R J Coelen J S Mackenzie Reverse transcriptase inhibits Taq polymerase activity In Nucleic Acids Res 1992 Band 20 7 S 1487 90 PMID 1374554 PMC 312227 freier Volltext M J Roth N Tanese S P Goff Purification and characterization of murine retroviral reverse transcriptase expressed in Escherichia coli In Journal of Biological Chemistry Band 260 Nummer 16 August 1985 S 9326 9335 PMID 2410413 F Mallet G Oriol C Mary B Verrier B Mandrand Continuous RT PCR using AMV RT and Taq DNA polymerase characterization and comparison to uncoupled procedures In BioTechniques Band 18 Nummer 4 April 1995 S 678 687 PMID 7541215 A Telesnitsky S P Goff RNase H domain mutations affect the interaction between Moloney murine leukemia virus reverse transcriptase and its primer template In Proceedings of the National Academy of Sciences Band 90 Nummer 4 Februar 1993 S 1276 1280 PMID 7679498 PMC 45855 freier Volltext L Lu T Nakano G A Smallwood T G Heffron B H Robertson C H Hagedorn A refined long RT PCR technique to amplify complete viral RNA genome sequences from clinical samples application to a novel hepatitis C virus variant of genotype 6 In Journal of virological methods Band 126 Nummer 1 2 Juni 2005 S 139 148 doi 10 1016 j jviromet 2005 01 031 PMID 15847930 B Fuchs K Zhang M G Rock M E Bolander G Sarkar High temperature cDNA synthesis by AMV reverse transcriptase improves the specificity of PCR In Molecular biotechnology Band 12 Nummer 3 Oktober 1999 S 237 240 doi 10 1385 MB 12 3 237 PMID 10631680 B Arezi M McCarthy H Hogrefe Mutant of Moloney murine leukemia virus reverse transcriptase exhibits higher resistance to common RT qPCR inhibitors In Analytical biochemistry Band 400 Nummer 2 Mai 2010 S 301 303 doi 10 1016 j ab 2010 01 024 PMID 20100452 T W Myers D H Gelfand Reverse transcription and DNA amplification by a Thermus thermophilus DNA polymerase In Biochemistry 1991 Band 30 31 S 7661 6 PMID 1714296 M J Moser R A DiFrancesco K Gowda A J Klingele D R Sugar S Stocki D A Mead T W Schoenfeld Thermostable DNA polymerase from a viral metagenome is a potent RT PCR enzyme In PLoS One 2012 Band 7 6 S e38371 doi 10 1371 journal pone 0038371 PMID 22675552 PMC 3366922 freier Volltext Jiang Y Cai D Chen D Jiang S The cost effectiveness of conducting three versus two reverse transcription polymerase chain reaction tests for diagnosing and discharging people with COVID 19 evidence from the epidemic in Wuhan China BMJ Glob Health 2020 Jul 5 7 e002690 PMID 32694221 Ambrosi C Prezioso C Checconi P Scribano D Sarshar M Capannari M Tomino C Fini M Garaci E Palamara AT De Chiara G Limongi D SARS CoV 2 Comparative analysis of different RNA extraction methods J Virol Methods 2021 Jan 287 114008 PMID 33160015 Reijns MAM Thompson L Acosta JC Black HA Sanchez Luque FJ Diamond A Parry DA Daniels A O Shea M Uggenti C Sanchez MC O Callaghan A McNab MLL Adamowicz M Friman ET Hurd T Jarman EJ Chee FLM Rainger JK Walker M Drake C Longman D Mordstein C Warlow SJ McKay S Slater L Ansari M Tomlinson IPM Moore D Wilkinson N Shepherd J Templeton K Johannessen I Tait Burkard C Haas JG Gilbert N Adams IR Jackson AP A sensitive and affordable multiplex RT qPCR assay for SARS CoV 2 detection PLoS Biol 2020 Dec 15 18 12 e3001030 PMID 33320856 Deng K Uhlig S Ip HS Lea Killian M Goodman LB Nemser S Ulaszek J Pickens S Newkirk R Kmet M Frost K Hettwer K Colson B Nichani K Schlierf A Tkachenko A Reddy R Reimschuessel R Interlaboratory comparison of SARS CoV2 molecular detection assays in use by U S veterinary diagnostic laboratories J Vet Diagn Invest 2021 Nov 33 6 1039 1051 PMID 34293974 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Reverse Transkriptase Polymerase Kettenreaktion amp oldid 236336343