FISH简介

FISH简介

荧光原位杂交(Fluorescence In Situ Hybridization, 简称FISH)由于其直观, 快速, 敏感性高和方便灵活越来越得到广泛应用, 尤其是在血液学领域中. 因为白血病标本比较容易取得和制备, 不同类型的白血病又往往有其特异的染体异常, FISH在白血病诊断, 监测, 预后估计和微小残留病检测等诸方面都正成为不可缺少的重要手段.

FISH的基本原理很简单, 就是标记了荧光的单链DNA(探针)和与其互补的DNA(玻片上的标本)退火杂交, 通过观察荧光信号在染体上的位置来反映相应基因的情况.

FISH探针按标记方法可分为直接标记和间接标记: 用生物素(biotin)或(digoxingenin)标记称为间接标记, 杂交后需要通过免疫荧光抗体检测方能看到荧光信号, 因而 步骤较多, 操作麻烦,

其优点是在信号较弱或较小时可经抗原抗体反应扩大; 直接用荧光素标记DNA的方法称为直接标记.

由于直接标记的探针杂交后可马上观察到荧光信号, 省去了烦琐的免疫荧光反应, 不再需要购买荧光抗 体, 也由于近年来荧光互的亮度和抗淬灭性的不断改进和提高, 直接标记的荧光探针越来越成为首选, 采用多种不同颜的荧光, 方便在同一标本上同时检测多钟异常. 其荧光强度 和信号大小都易于在普通荧光显微镜下观察, 操作过程中也不需要严格避光, 使FISH过程变得简便而易于操作.

FISH并不能取代传统的白血病MCI诊断, 但它却能使MIC分型更为准确和深入. , MIC即细胞形态

学(M), 免疫学和细胞遗传学(C), 三者结合对白血病进行分型诊断, 对不同类型的白血病采用不同方案手段. 随着人们对白血病的不断认识, 仅进行MIC分型不够全面, 还要加上对白血病的分子(M)诊断, 成为MICM分型. FISH就是连接细胞遗传学和分子生物学的桥梁.

FISH流程

仪器设备

1、 医用微波炉；

2、 水浴锅；

3、 OLYMPUS BX51荧光显微镜；

4、 OLYMPUS DP11数字显微照相机。

FISH试剂

（1）1×PBS：由10×PBS溶液稀释而成，储存于4℃；

（2）20×SSC（pH7.0）；

（3）2×SSC，由20×SSC溶液稀释而成；

（4）25mg/ml蛋白酶K消化液。

（5）变性液(70％甲酰胺+2×SSC，pH7.0)：

4ml 20×SSC；

8ml蒸馏水；

28ml甲酰胺。

每次新鲜配制。

（6）杂交后洗涤液：

20×SSC 4ml；

蒸馏水16ml；

甲酰胺20ml。

每次新鲜配制。调节pH前升至室温。

实验步骤

1、脱蜡：

1）二甲苯脱蜡3次，每次5min；

2）100％酒精两次，每次2min；

3）移出酒精，斜置切片，标记末段向下，空气干燥。

2、蛋白酶处理:

1）每个染缸40ml蛋白酶K消化溶液，配制方法如下：2×SSC 40ml倒人Facal管，在水浴槽中预热。将消化酶液加入管内，摇动直到酶溶解。

2） 37℃水浴槽中预热染缸和蛋白酶K溶液。37℃孵育20min。

3） ×SSC在室温下漂洗切片3次，每次1min。

4）梯度酒精脱水（-20℃预冷）。

3、变性：

1）每一个立式染缸配制40ml变性溶液；

2）78℃水浴槽中平衡预热混合液染缸；

3）78℃孵育8min；

4） 即移入-20℃预冷70%酒精的染缸内2min，再依次移入80%、90%和100%的-20℃预冷酒精内，每缸2min；

5）空气干燥。

4、杂交：

1）准备探针；

2）取一个较大的湿盒，交叉放置切片；

3）滴10μl探针在切片的组织上，加盖玻片；

4）盖上湿盒盖，37℃孵育12h～16h。

杂交后的水洗：

5）镊子小心去除盖玻片；

6）43℃预热杂交后水洗溶液40ml水洗切片15min；

7）2×SSC(37℃)洗两次，每次10min；

8）切片放人染缸的1×PBS内待检测，勿使切片干燥。

检测：

9）从1×PBS中取出切片，除去过多的水分，避免标本干燥。把切片放入湿盒内，同时处理4张切片。

10）每张切片使用30μl～60μl罗丹明抗-抗体或FITC卵白素，室温下孵育20min；

11）去掉塑料盖膜，把切片放入含1×PBS的染缸。1×PBS室温下洗3次，每次2min。

扩增：

12）从1×PBS中取出切片，斜置切片使液体排出；

13）每张切片滴30μl～60μl抗-卵白素抗体，加塑料盖膜，室温孵育20min；

14）去掉塑料盖膜，把切片放人含1×PBS的染缸。1×PBS室温下洗3次，每次2min；

15）从1×PBS中取出切片，斜置切片使液体排出；

16）每张切片滴30μl～60μl抗-卵白素抗体，加塑料盖膜，室温孵育20min；

17）1×PBS室温下洗3次，每次2min。

5、细胞核染：

1）张切片加10μl～20μl DAPI，覆盖盖玻片并在室温下孵育2～5ml；

2）尽可能快的在荧光显微镜下观察或封闭盒内保存在-20℃冰箱。切片在染之后1h内可以在显微镜下观察。

最近有一些战友对荧光原位杂交技术比较感兴趣，我整理了相关资料和自己的心得，和大家交流一下。不妥之处，请大家指出，共同讨论学习。

内容发布在丁香园和螺旋网上，有兴趣的战友也可以去那里看一下（/html/keshi/gaogan1/zhuanjiazaixian/20070515/）

内容分三部分：

一、概述

1、克隆性染体异常是肿瘤的特征

2、染体异常常见的类型

3、染体异常的检测方法

二、荧光原位杂交及其探针

1、荧光原位杂交的原理

2、荧光原位杂交的探针

三、荧光原位杂交探针的制备和荧光原位杂交（按试验流程介绍）

一、 概述

1、克隆性染体异常是肿瘤的特征

1914年德国遗传学家Boveri就提出染体畸变与肿瘤起源相关，然而这还仅仅只是一个假说；1960年Nowell和Hungerford在7例慢性髓系白血病（chronic myeloid leukemia，CML）的患者中发现后来被称为费城染体（Philadelphia chromosome）的微小染体；1973年Rowley证实了Ph染体是9号和22号染体易位所致，这是人们在肿瘤中认识到的第一个染体易位；目前，已经有11,500篇文献报道了55,600多种克隆性细胞遗传学异常。这些染体畸变，尤其是染体易位及其相应的融合基因在肿瘤致病的起始阶段有着重要的作用，无不说明克隆性细胞遗传学异常是肿瘤的特征，在肿瘤起源中起重要作用。

2、染体异常的常见类型

染体异常指数目异常和结构异常两类：前者包括整条染体数目的扩增和缺失；后者包括染体易位、插入、倒置、区带的缺失或扩增等。

下图是染体数目异常

染体结构异常

3、染体异常的检测方法

染体异常的识别得益于二十世纪六十年代后发展起来的胰蛋白酶－姬姆萨染和常规显带技术，使得常规筛查全基因组染体异常和检测染体核型改变成为可能。染体显带是细胞遗传学分析技术中标准和常用的方法，但耗时且依赖于获得良好的分裂相，还难于分析复杂和隐匿的异常。

PCR或荧光原位杂交（FISH，fluorescent in situ hybridization）对染体异常的检出依赖于引物或探针与模板的结合，因此较常规显带具有更高的特异性，是高通量检测染体异常的敏感和特异的方法。

二、 荧光原位杂交及其探针

1、荧光原位杂交的原理

染体荧光原位杂交始于传统的细胞遗传学和DNA技术的结合，这种结合开创了一门新的学科——分子细胞遗传学。其基础是Southern blot原理，以半抗原如生物素、间接标记或以荧光素直接标记的已知核酸分子为探针，探针和靶序列双链DNA变性后杂交，互补的异源单链DNA分子在适宜的温度和离子强度下退火形成稳定的异源双链DNA，通过荧光标记的亲和素或抗抗体将半抗原显示出来，通过荧光显微镜观察杂交信号。FISH具有快速灵敏、特异性好的特点，可同时分析分裂期和间期的多个细胞，并进行定量；可以检测隐匿或微小的染体畸变以及复杂核型；还可以使用多种荧光标记，显示DNA片段及基因之间的相对位置与方向，空间定位精确。

2、荧光原位杂交探针的类型

FISH技术种类甚多，发展迅速，其实现需要获得能与靶序列互补结合的探针。常用的探针有以下三类：1、染体重复序列探针，主要是指着丝粒α-卫星 DNA重复序列探针和端粒重复序列探针，用以检测染体数目异常，同时由于G显带时，端粒区是苍白的，因此涉及此区的易位常难以检测，而应用端粒探针则弥补了G显带的不足；2、染体涂染探针，包括通过流式分选或显微切割获得的全染体或染体臂以及特异性区带的涂染探针，用以检测染体数目或结构异常；3、染体单一序列探针，包括各类人工染体探针，如酵母人工染体(yeast artificial chromosome, YAC)、细菌人工染体（bacterial artificial chromosome, BAC）、P1人工染体（P1 artificial chromosome, PAC）探针，主要用以识别染体的易位、缺失和扩增。

α-卫星DNA（alpha satellite DNA）是唯一一个存在于所有人类染体着丝粒区域的着丝粒DNA（centromere DNA，CEN-DNA）家族，由171bp的单体为单位组成的高度串联重复片段，重复数百次至数千次，跨越长达100kb的着丝粒DNA区域，其杂交将产生很强的杂交信号。因此常被选为着丝粒探针的来源。

The Wellcome Trust Sanger Institute（Hinxton, Cambridge）由Wellcome Trust和British Medical

Research Council联合建立，是世界上较早开展人类基因组大规模测序并具有相当实力的测序中心。该中心利用能容纳大片段人类基因组DNA的高容量载体（如粘粒、BAC、PAC等）构建了大片段人类基因组DNA文库，通过文库中末端相互重叠的DNA片段连接成叠连（contig）并与鸟法相结合，加快了基因组测序，实现了人类基因组计划（Human Genome Project，HGP）中人类基因组的物理

作图（physical mapping）和基因组测序相结合的目标。因此，这些克隆文库为基因定位研究提供了丰富的DNA 序列资源，NCBI Clone Registry（/genome/clone/）、Ensembl

Genome Browser

（/）和UCSC Genome Bioinformatics（/）提供的网络生物信息学资源也记载了许多克隆基因组定位的详细信息，为我们选择相应克隆为作为染体单一序列和端粒探针的来源提供了便利。

大片段人类基因组DNA文库的构建过程

常用的BAC、PAC文库

人类基因组的鸟法测序和物理作图

定位检索BAC、PAC克隆的常用数据库

三、 荧光原位杂交探针的制备和荧光原位杂交

实验流程

第一天

缺口平移标记探针

1.1 试剂准备

（1） 0.1mmol/L dNTP

0.3mmol/L dATP、0.3mmol/L dCTP和0.3mmol/L dGTP等体积混合。

（2） 0.1mmol/L dTTP

1倍体积的0.3mmol/L dTTP和2倍体积的三蒸水混合。

1.2 缺口平移体系和反应条件

0.1mmol/L dTTP 6.5μl

0.1mmol/L dNTP 10μl

10× Nick Translation buffer 5μl

1mmol/L DIG-11-dUTP /Biotin-16-dUTP 0.5μl

Nick Translation Enzyme 10μl

DNA (1μg) X μl

H2O 18-X μl

in total 50μl

以上为标记1μg DNA的缺口平移体系，若标记更多量的DNA，则试剂量和反应体系相应等倍扩大。各成分混匀后短时离心。对于≤10kb的质粒，于15℃ 反应3.5小时；对于BAC/PAC，于15℃ 反应9小时。

1.3 凝胶电泳判断探针大小

将EP管置于冰上，取其中5μl 于70℃加热5分钟后行2 ％琼脂糖凝胶电泳以观察所标记探针的大小，单一序列探针合适大小为200～600bp；如片段大小偏大，则于15℃延长反应10～30分钟，再重复进行凝胶电泳，直至得到合适大小的探针。

1.4 终止反应

向反应体系中加入1μl 0.5M EDTA和（或）70℃加热5分钟，以灭活酶。探针于-20℃保存备用。

第二天

1. 探针的沉淀和变性

1.1 探针混合物的组成

（1） 对BAC/PAC探针

DNA探针 5ul

Human Cot-1 DNA 3ul

Salmon Sperm DNA 0.5ul

H2O 1.5ul

in total 10ul

（2） 对着丝粒探针：

DNA探针 5ul

Salmon Sperm DNA 0.5ul

H2O 4.5ul

in total 10ul

1.2 DNA的沉淀

将探针混合物与1ul（V/10）3M 醋酸钠（PH5.2）和27.5ul（2.5V）无水乙醇（-20℃冻存）混合，-80℃沉淀30min（或-20℃沉淀过夜），以14000g在4℃离心30min，以沉淀DNA。

1.3 清洗沉淀

小心弃去上清，用70 ％乙醇洗涤一次，再次以14000g在4℃离心15min；小心弃去上清，在45～50℃的中温水浴中风干DNA沉淀10～15min。

注：当大部分乙醇蒸发时，白的DNA沉淀变为半透明状；一定要彻底清除乙醇，否则会在加入Master

Mix后产生微小的沉淀，导致高背景。

1.4 溶解探针

加入5μl 预热至37℃的去离子甲酰胺（PH 7.0），短时离心后在37℃振摇30min以充分溶解DNA；再加入预热至37℃的Master Mix 5μl，短时离心后在37℃振摇15～30min。

注：振摇时间尽可能延长；DNA沉淀亦可以TE缓冲液1.1μl溶解后加入Vysis探针缓冲液4.4μl稀释，混匀后瞬时离心，37℃振摇15～30min。

1.5 探针的变性和预杂交

短时离心后于80℃水浴中变性探针10min，冰浴5分钟；短时离心，于37℃水浴中预杂交30～60min；独特序列探针（如cDNA）和重复序列探针（如α-卫星DNA）探针，无需预杂交。

2. 标本（染体靶DNA）的处理和变性

2.1 滴片和老化

取出储存于-20℃的细胞悬液标本，以1100 rpm.离心10min沉淀细胞，换用适量体积的新鲜甲醇:冰乙醇（v/v）＝3:1固定液重悬细胞并调整细胞密度，滴片，划出杂交区域，晾干；在预热到 37℃ 的2×SSC中老化30min（也可实验前夜室温过夜老化再以2×SSC浸泡2分钟）；依次于70 %、90 %和100 %的梯度乙醇中依次脱水，每缸2min，晾干（以下略作“梯度乙醇脱水后凉干”）。

2.2 RNase A消化

每张玻片上加30μl 100μg/ml RNA酶（将10mg/ml的RNase A储存液稀释100倍），盖上22×22mm盖玻片，置于37℃湿盒中孵育1小时；室温下2×SSC中振荡洗涤，5min/次×3次；梯度乙醇脱水后凉干。

2.3 靶DNA的变性

将玻片放入预温至72℃（每增加一张玻片，温度要提高1℃）的70 %去离子甲酰胺/2×SSC中变性2分钟后，立即置入预冷至-20℃保存的梯度乙醇脱水晾干。

2.4 蛋白酶消化

将50μl 100 mg/ml的胃蛋白酶（终浓度为0.01 ％）加入预温至37℃的50ml蒸馏水（PH 2.0，以适量稀盐酸酸化）中，混匀；将变性后的玻片放入其中处理10分钟；室温下1×PBS中振荡洗涤，5min/次×2次；室温下梯度乙醇脱水后凉干。

注：靶DNA的变性和消化应与探针变性同步进行，完成后尽快进行杂交。

3. 杂交

将变性后的DNA探针加于玻片杂交区域，盖上22mm×22mm盖玻片，封片后置于湿盒中，37℃杂交过夜。

第三天

1. 杂交后洗涤和半抗原信号放大

1.1 杂交后洗片

小心揭去封片胶和盖玻片，将玻片置于预热至46℃的50 ％甲酰胺/2×SSC中，5min×3缸；将玻片移入室温下4×SSC/0.1 % Tween-20中振荡洗涤5min×2缸；每张玻片滴加30 μl阻断液1，盖上22mm×22mm盖玻片，于37℃湿盒中孵育30min；再次将玻片移入室温下4×SSC/0.1 % Tween-20中振荡洗涤5min×2缸。

注：此后步骤应注意避光操作。

1.2 滴加一抗

将4 μl Anti-DIG monoclonal antibody 和0.5 μl Texas-red-Avidin 稀释于100 μl 抗体稀释液1中，混匀；每张玻片滴加25 μl 于杂交区域，盖上22mm×22mm盖玻片，于37℃湿盒中孵育1小时；室温下4×SSC/0.1 % Tween-20中振荡洗涤5min×2缸。

1.3 滴加二抗

将4 μl Anti-mouse-Ig-DIG 和1 μl Biotinylated goat anti-Avidin 稀释于100 μl 抗体稀释液1中，混匀；每张玻片滴加25 μl 于杂交区域，盖上22mm×22mm盖玻片，于37℃湿盒中孵育40min；室温下4×SSC/0.1 % Tween-20中振荡洗涤5min×2缸。

1.4 滴加三抗

将4 μl Anti-DIG-Fluorescein和0.5 μl Texas-red-Avidin 稀释于100 μl 抗体稀释液1中，混匀；每张玻片滴加25 μl 于杂交区域，盖上22mm×22mm盖玻片，于37℃湿盒中孵育30min；室温下4×SSC/0.1 %

Tween-20中振荡洗涤5min×2缸。

注：以上步骤按双FISH描述，若为单FISH则选择相应抗体即可。

2. 核复染和抗荧光淬灭剂封片

将1.25 μl 5 mg/ml的DAPI加入50 ml 2×SSC中（终浓度为125 ng/ml，避光保存于4℃），混匀；将玻片置于其中，避光复染2min；2×SSC中洗涤5min；梯度乙醇脱水晾干；每张玻片滴加10 μl 抗荧光淬灭剂封片，盖上22mm×22mm盖玻片，-20℃避光保存。

3. 荧光显微镜检测FISH杂交信号

以荧光显微镜观察，在DAPI/FITC/Texas Red滤光镜激发下观察中期/间期细胞的荧光杂交信号，计数细胞和采集图像。每例分析100～200个间期细胞核细胞，重叠、破损、未去除细胞质和杂交信号微弱的细胞核不计入其中。对于双双融合FISH，细胞内杂交信号相互靠近（<1/10核直径的距离）者计为一个信号。

4. 储存数据