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干货|你对DNase I“全能选手”了解多少?

脱氧核糖核酸酶I(Deoxyribonuclease I, DNase I),是一种可以消化单链或双链DNA的非特异性核酸内切酶。它能够水解磷酸二酯键,产生含有5'-磷酸基团和3'-OH基团的单脱氧核苷酸和寡脱氧核苷酸。DNase I最佳的工作pH范围是7-8,其活性依赖于Ca2+,并可被二价金属离子如Mn2+,Mg2+,Zn2+等激活。在Mg2+存在条件下,DNase I 随机剪切双链DNA的任意位点;Mn2+存在条件下,DNase I可同一位点剪切DNA双链,形成平末端,或1-2个核苷酸突出的粘末端。
 

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图1:DNase I在Mg2+以及Mn2+存在下可切割dsDNA原理图
 
常见的DNase I主要从牛胰腺中纯化或为重组酶。与从牛胰腺中纯化的DNase I相比,重组酶来源的内源性RNase水平相对较低或者能够制备成无RNase产品形式,更适合对RNase敏感的应用,如从RNA样品中去除DNA。
 

DNase I 的应用

 
提到应用,DNase I除了大家熟知的用于维护RNA完整性相关实验,如提取不含DNA的RNA,反转录前制备无gDNA的RNA模板以及体外转录后降解DNA模板外,还可用于rRNA去除中消化DNA探针,缺口平移进行DNA标记,足迹法分析DNA-蛋白质相互作用,生成随机的DNA文库,减少细胞裂解物或蛋白提取物的粘性,在细胞培养过程中作为添加物来消化细胞间的粘连,在细胞凋亡TUNEL检测中部分剪切基因组DNA作为阳性对照等。综上所述,DNase I几乎可用于任何需要酶切DNA的应用中。下面小编简单介绍几种常见的应用。
 

RNA提取或反转录前去除gDNA

 
RNA作为实验室常研究的样本,其质量的高低很大程度上会直接影响实验数据的质量。一般在RNA提取过程中无法完全避免gDNA残留,因此,在进行具有挑战性的下游应用(例如mRNA表达量分析,转录组分析等)之前,通常建议对RNA样本进行DNase I处理,消化残留的gDNA。消化gDNA步骤可以在RNA提取期间、RNA提取后或者RNA反转录之前进行。
 
表1:RNA提取或反转录前去除DNA相关产品列表
定位
产品名称
翌圣货号
RNA提取试剂
TRIeasy总RNA提取试剂(同Trizol)
10606ES
MolPure® Cell/Tissue Total RNA Kit 细胞/组织总RNA提取试剂盒
19221ES
MolPure® Plant Plus RNA Kit 多糖多酚植物RNA提取试剂盒
19292ES
MolPure® Viral DNA/RNA Kit 病毒DNA/RNA提取试剂盒
19321ES
gDNA去除
Recombinant DNase I (RNase-free)
10325ES
反转录试剂
Hifair® Ⅲ1st Strand cDNA Synthesis SuperMix for qPCR (gDNA digester plus)
11141ES
定量试剂
Hieff UNICON® Universal Blue qPCR SYBR Master Mix
11184ES
 

体外转录去除模板DNA

 
体外转录(IVT)主要是以DNA为模板,加上对应的底物和缓冲液通过体外转录得到RNA。在体外转录实验中,常用T7,T3,SP6等RNA聚合酶进行RNA合成,合成后的RNA可能会有DNA残留,消除DNA残留有利于下游实验的开展。如在mRNA疫苗开发阶段,残留的去除是关键的步骤,可以减少下游纯化难度并增加产品的纯度。通常使用Recombinant DNase I (RNase-free) 去除模板DNA。
 
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图2:线性化质粒为模板体外转录过程
 
表2:mRNA合成相关产品列表
mRNA合成流程
产品名称
货号
模板制备
Hieff Canace® Plus High-Fidelity DNA Polymerase高保真酶
10148ES
Hieff Clone® Universal One Step Cloning Kit 无缝克隆试剂盒
10922ES
dNTP Mix (25 mM each)
10125ES
FuniCut™系列快速限制性内切酶
150开头
体外转录
Hifair® T7 High Yield RNA Synthesis Kit
10623ES
UCF.ME® T7 RNA Polymerase GMP-grade(50 U/μL)
10624ES
T7 RNA polymerase (50 U/μL)
10618ES
NTP Set Solution (ATP, CTP, UTP, GTP, 100 mM each)
10133ES
UCF.ME® Pyrophosphatase,Inorganic GMP-grade
10620ES
UCF.ME® Murine RNase inhibitor GMP-grade
10621ES
去除模板DNA
UCF.ME® Deoxyribonuclease I (DNase I) GMP-grade
10611ES
mRNA修饰
UCF.ME® mRNA Vaccinia Capping Enzyme GMP-grade
10614ES
UCF.ME® mRNA Cap 2´-O-Methyltransferase GMP-grade
10612ES
GTP (100 mM)
10132ES
S-adenosylmethionine (SAM)(32mM)
10619ES
mRNA纯化
Hieff NGS® RNA Cleaner
12602ES
 

rRNA去除:常应用于RNA建库测序

 
在生物体内,rRNA丰度高且非常保守,其对于获取生物信息研究意义不大,所以在RNA建库测序中常会先将rRNA去除。目前rRNA的去除方式以RNA酶消法为主,主要操作步骤与原理如下:
 

操作步骤

 

1.提取Total RNA;

 

2.单链DNA探针和rRNA分子杂交结合(注:需要设计与合成rRNA 特异性单链 DNA 探针);

 

3.RNase H降解杂交的rRNA;

 

4.DNase I降解DNA 探针;

 

5.rRNA被成功去除,剩下非rRNA的RNA模板。

 
 
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图3:基于酶法的rRNA去除原理示意图
 
表3:rRNA去除相关产品列表
定位
产品名称
翌圣货号
人/小鼠/大鼠源rRNA去除
Hieff NGS® MaxUp rRNA Depletion Kit (Human/Mouse/Rat) MaxUp核糖体RNA去除试剂盒(人/小鼠/大鼠)
12253ES
植物源rRNA去除
Hieff NGS® MaxUp rRNA Depletion Kit (Plant) MaxUp核糖体RNA去除试剂盒(植物)
12254ES
人源rRNA和45S ITS/ETS区域
Hieff NGS® MaxUp Human rRNA Depletion Kit (rRNA & ITS/ETS) MaxUp核糖体RNA去除试剂盒(Human rRNA&ITS/ETS)
12257ES
降解rRNA
RNase H
12906ES
降解DNA 探针
Recombinant DNase I (RNase-free)
10325ES
 

缺口平移法进行DNA标记

 
缺口平移法,是实验室最常用的一种脱氧核糖核酸探针标记法。该方法是DNase I与E.coli DNA Polymerase I的联合作用实现的。
 

主要原理如下:

 

1.先用适宜浓度的DNase I在待标记的双链DNA的每一条链上产生若干个单链缺口,缺口处形成3’羟基末端。


2.再用E.coli DNA Polymerase I的5’→3’外切酶活性从缺口处5’端切除一个核苷酸,同时E.coli DNA Polymerase I的5’→3’聚合酶活性将一个带标记的核苷酸引入到缺口的3'端,以修补缺口,随着缺口在DNA链上的移动,标记的核苷酸就掺入到新合成的DNA链中。

 

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图4:缺口平移法进行DNA标记的原理示意图
 
表4:缺口平移法进行DNA标记相关产品列表
定位
产品名称
翌圣货号
普通级
Deoxyribonuclease I (DNase I) from bovine pancreas
10607ES/10608ES
无RNase
Recombinant DNase I (RNase-free)
10325ES
E.coli来源
DNA Polymerase I
12903ES60
 

DNase I 足迹法分析实验

 
DNase I足迹法分析实验是一种精确鉴定DNA结合蛋白在DNA分子上的结合位点的检测方法。其原理是蛋白结合在DNA片段上,能保护结合部位不被DNase I破坏,DNA分子经酶切作用后遗留下该片段(即“足迹”),进而可以确定其序列。在凝胶图片中,相应与蛋白结合的部位没有条带。
 

实验大致步骤如下:

 

1.将待检双链DNA分子进行单链末端标记。


2.将蛋白质和DNA混合后,加入适量的DNase I进行酶切,形成不同长度的DNA片段。该过程需要控制酶的用量,最好保证相邻的DNA片段只相差一个核苷酸,并列设置未加蛋白质的对照。


3.从DNA上除去蛋白质,将变性的DNA用PAGE电泳分离,放射自显影,与对照组相比后解读出足迹部位的核苷酸序列。

 
常见应用:转录调控蛋白通过与启动子区域结合来调控靶标基因的转录。
 
相关实验:凝胶阻滞实验(EMSA)。EMSA可以确定蛋白是否与DNA直接结合,而DNase I足迹法分析实验则可以精确鉴定其结合的DNA序列。
 
 
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图5:DNase I足迹法分析实验原理图1】
 
 

翌圣DNase I 选择指南

 
产品名称
产品定位
推荐应用
Deoxyribonuclease I (DNase I) from bovine pancreas 脱氧核糖核酸酶I,来源于牛胰腺(CAT#10607,10608)
未对RNase进行检测
主要应用于蛋白质研究: 从蛋白制备物中去除 DNA。
Recombinant DNase I (RNase-free)(CAT#10325)
无RNase残留,研究级别
适用于各种应用:从 RNA 和蛋白制备物中去除 DNA,如对RNase敏感的cDNA文库或用于RT-PCR实验样品制备。
UCF.ME® Deoxyribonuclease I  (DNase I) GMP-grade(CAT#10611)
无RNase残留,GMP药用级别。采用药用规格原辅料生产,符合GMP规范的产品生产与质量管理规程保障生产过程及所有原辅料可追溯。
适用于各种应用:从 RNA 和蛋白制备物中去除 DNA,如对RNase敏感的cDNA文库或用于RT-PCR实验样品制备。
 
 

参考文献

 
[1]Song C, Zhang S, Huang H. Choosing a suitable method for the identification of replication origins in microbial genomes. Front Microbiol, 2015, 6: 1049.

400-6111-883