Curso PCR 2007-08 Inma Martín Burriel - unizar.es · (Mescla de cebadores y sondas) 12,5 1X...
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Curso PCR 2007-08
Otras PCR: PCR en tiempo real (cuantitativa)
Curso PCR2007-08
Inma Martín Burriel
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Curso PCR 2007-08
Programa:
• Miércoles 23 de enero (11h):– PCR en Tiempo Real (teoría)– PCR en Tiempo Real (video)– Ventajas e inconvenientes de los distintos
tipos de PCR-TR.• Miércoles 23 de enero (15h):
– Aplicaciones de la PCR en Tiempo Real:• Diagnóstico, expresión génica, análisis
mutaciones.
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Curso PCR 2007-08
Programa:
• Jueves 24 de enero (9:30h):– Protocolo experimental:
• Diseño de primers y sonda (Primer express).• Validación de primers.• Optimización de la reacción:
– Matriz de primers– Matriz de sonda
• Curva standard.
– Práctica
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Curso PCR 2007-08
Programa:
• Miércoles 23 de enero (11h):– PCR en Tiempo Real (teoría)– PCR en Tiempo Real (video)– Ventajas e inconvenientes de los distintos
tipos de PCR-TR.• Miércoles 23 de enero (15h):
– Aplicaciones de la PCR en Tiempo Real:• Diagnóstico, expresión génica, análisis
mutaciones.
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Curso PCR 2007-08
PCR clásico• La cantidad de producto
no está relacionada con la cantidad de DNA inicial
• Herramienta cualitativa (presencia o ausencia)
• El bromuro de etidio es poco sensible, cuando se detecta ya se ha sobrepasado la fase exponencial
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Curso PCR 2007-08
Necesidad de PCR en tiempo real
• Necesidad de cuantificar diferencias de expresión de un mRNA
• Disponibilidad de muy pequeñas cantidades de mRNA en algunas prácticas laboratoriales:– Células obtenidas de microdisección por láser– Pequeñas cantidades de tejido– Biopsias embrionarias– Especimenes de gran valor
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Curso PCR 2007-08
Técnicas de cuantificación• Northern Blot
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Curso PCR 2007-08
Early expression of p53 responsive genes (24h)
Bax
CD95/Fas
GAPDH
L C 6 8 10 12 M
PCR Competitivo o PCR “Mimic”
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Curso PCR 2007-08
Overexpression of antiapoptotic and carcinogenic related markers
Bcl-2
Tgf-b1
c-myc
L C 6 8 10 12 M
PCR Competitivo o PCR “Mimic”
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Curso PCR 2007-08
Martín-Burriel et al. Toxicologic Pathology, 32:202–211, 2004
PCR Competitivo o PCR “Mimic”
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Curso PCR 2007-08
PCR en Tiempo Real
Detección de productos PCR en tiempo real
Permite observar la cinéticade la reacción
Nuevos químicos
Nuevas plataformas instrumentales
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Curso PCR 2007-08
Fases de la PCR
• Exponencial: En cada ciclo se dobla el producto.
• Lineal: enlentecimiento, consumo de componentes, principio de degradación.
• Meseta: Parada de la reacción, agotamiento de componentes, degradación de productos.
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Curso PCR 2007-08
Fases de la PCR
Lineal
Logarítmica
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Curso PCR 2007-08
Detección en la fase exponencial
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Curso PCR 2007-08
Detección en la fase de meseta
Problemas de cuantificación en la fase de meseta
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Curso PCR 2007-08
PCR en Tiempo Real
• Toma los datos mientras se producen.• Cuantificación más exacta sin necesidad
de métodos laboriosos.• Existe una relación cuantitativa entre la
cantidad inicial y la cantidad de producto PCR en un ciclo dado.
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Curso PCR 2007-08
Programa:
• Miércoles 23 de enero (11h):– PCR en Tiempo Real (teoría)– PCR en Tiempo Real (video)– Ventajas e inconvenientes de los distintos
tipos de PCR-TR.• Miércoles 23 de enero (15h):
– Aplicaciones de la PCR en Tiempo Real:• Diagnóstico, expresión génica, análisis
mutaciones.
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Curso PCR 2007-08
Programa:
• Miércoles 23 de enero (11h):– PCR en Tiempo Real (teoría)– PCR en Tiempo Real (video)– Ventajas e inconvenientes de los distintos
tipos de PCR-TR.• Miércoles 23 de enero (15h):
– Aplicaciones de la PCR en Tiempo Real:• Diagnóstico, expresión génica, análisis
mutaciones.
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Curso PCR 2007-08
Flurocromos: SYBR Green
• Se intercala en el surco menor del ADN de doble cadena y emite fluorescencia.
• No es equimolecular.• Necesaria curva de
disociación.
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Curso PCR 2007-08
Ventajas e inconvenientes
• PCR con SYBR Green:– Más barato– Los mismos reactivos sirven para analizar
cualquier fragmento– La especificidad viene dada únicamente por
los primers– No es equimolecular– Se necesita realizar una curva de disociación
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Curso PCR 2007-08
Curva de disociación
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Curso PCR 2007-08
Curva de disociación
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Curso PCR 2007-08
Curva de disociación
Muestras problema Controles negativos y sin RT
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Curso PCR 2007-08
Sondas TaqMan• Actividad 5’ exonucleasa de la Taq polimerasa.• Reporter: FAM, VIC.• Quencher: TAMRA.• Importante tªm (~70ºC).• Equimolecular.
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Curso PCR 2007-08
Ventajas e inconvenientes
• PCR con Sondas TaqMan:– Más caro– Utilización de sondas específicas para cada
fragmento a analizar– La especificidad viene dada por los primers y
la sonda– Es equimolecular– No necesita curva de disociación
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Curso PCR 2007-08
Especificidad
Diseño de sondas entre dos exones
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Curso PCR 2007-08
Equimolaridad
TaqMan SYBR Green
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Curso PCR 2007-08
Sondas MGB• NFQ:
Quencher oscuro, no emite fluorescencia.Disminuye Baseline.Aumenta sensibilidad.
• MGB:Se une al surco pequeño.Aumenta la Tªm.Aumenta la eficiencia.
R NFQMGB
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Curso PCR 2007-08
CTG TGT TCC CTG TGT GTG TGC AAT GGT GTG GCC GTG GC TCC AAC
CAA GAT CTC ATT ACT GAG AAC TTG CTG CCT GGC CGC
Sonda 1
Metodología
Reverse
Forward
ryr-1:
Protocolo:
25Total
---9,875H2O
1-20 ng2DNA
1X0,62540X Assay Mix(Mescla de cebadores y sondas)
1X12,5TaqMan® Universal PCRMaster Mix, No AmpErase®UNG (2X)
Final concentraciónVolumen / Reacción
(μl)
Componentes de la reacción Pre-lectura:60ºC 1min
Post-lectura:60ºC 1min
PCR:95ºC 10min92ºC 15sec60ºC 1min (x50)
Sonda 2 FAMVIC
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Curso PCR 2007-08
Resultados
CC
CT
TTNTC
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Curso PCR 2007-08
Programa:
• Miércoles 23 de enero (11h):– PCR en Tiempo Real (teoría)– PCR en Tiempo Real (video)– Ventajas e inconvenientes de los distintos
tipos de PCR-TR.• Miércoles 23 de enero (15h):
– Aplicaciones de la PCR en Tiempo Real:• Diagnóstico, expresión génica, análisis
mutaciones.
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Curso PCR 2007-08
Aplicaciones de la PCR-TR
• Glosario de términos.• Cuantificación:
– Absoluta– Relativa
• Determinación de mutaciones.• Ensayos +-
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Curso PCR 2007-08
Aplicaciones de la PCR-TR
• Glosario de términos.• Cuantificación:
– Absoluta– Relativa
• Determinación de mutaciones.• Ensayos +-
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Curso PCR 2007-08
• Cuantificación:– Absoluta:
• Resultado final con unidades (carga viral, copias de mensajero, copias de un gen,...).
• Se necesita una curva patrón absoluta.– Relativa:
• Resultado sin unidades. Proporciona un porcentaje de incremento o disminución (expresión génica).
• Se necesita curva patrón (al menos para prueba de primers).
Glosario de términos
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Curso PCR 2007-08
Glosario de términos• Referencia:
– Señal utilizada para normalizar el experimento.• Pasiva: Fluorocromo en todos los tubos (ROX).• Activa: endógena (housekeeping) o exógena (construcción).
• Calibrador:– Muestra que usamos para comparar las demás.
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Curso PCR 2007-08
• Standard (patrón):– Muestra de concentración conocida que
nos permite construir la curva de calibrado.
• Threshold (umbral):– Ct es el ciclo en el cual se detecta un
incremento significativo de ΔRn(fluorescencia). El sistema empieza a detectar la señal asociada al incremento exponencial de producto PCR
Glosario de términos
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Curso PCR 2007-08
Aplicaciones de la PCR-TR
• Glosario de términos.• Cuantificación:
– Absoluta– Relativa
• Determinación de mutaciones.• Ensayos +-
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Curso PCR 2007-08
Curva estándar
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Curso PCR 2007-08
Curva estándar
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Curso PCR 2007-08
Curva Patrón
• y=ax+b. Y=Ct, X=log [DNA].• Relaciona cada concentración con su Ct.• Propia de cada pareja de primers.• La pendiente depende de la eficiencia de los
primers y no debería cambiar entre experimentos:– 100% (a=-3.32).– 75% (a=-4).– Aceptable:-3 ≤ -4.– a> -3 contaminación por fluorescencia.
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Curso PCR 2007-08
• Correlación (R2):– R2=1 (perfecta).– R2≥0.97.– Seleccionar el umbral donde R2 sea máxima.– Mantener el umbral entre experimentos.
• Nº de réplicas:– Al menos 2 réplicas por muestra.– Desviación estándar ≤ 0.38
• Muestra:– Curva absoluta: muestra de [] conocida.– Diluciones 1/5.
Curva Patrón
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Curso PCR 2007-08
1. Cuantificación Absoluta• Validación de la curva patrón:
– La precisión de la cuantificación dependerá de la precisión de los patrones.
– Patrones:• DNA plasmídico.• DNA genómico.• Productos PCR.• Grandes oligonucleótidos comerciales.
– Resultado final relativo a una unidad de interés:• Copias/ng de RNA• Copias/g tejido, copias/ml sangre.• Copias/genoma.• Copias/ célula.
ATENCIONDENOMINADOR
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Curso PCR 2007-08
• Posibles curvas de calibrado (Expresión génica):– Productos de RT-PCR u oligonucleótidos:
• Rápido, conocimiento preciso de [DNA].• Inestable, problemas en la reamplificación.
– DNA recombinante:• Muy estable, sin problemas de amplificación, talla
similar a transcritos.• Construcción del DNArec, no tiene en cuenta la
eficacia de la RT.– RNA recombinante:
• Mimetiza la situación real de retrotranscripción (añadir RNA background).
• Muy inestable, clonación complicado, purificación, problemas de almacenamiento.
1. Cuantificación Absoluta
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Curso PCR 2007-08
1. Cuantificación Absoluta
• Puntos críticos de la curva patrón:– DNA o RNA puro y muy concentrado.– Exactitud en la medida de la concentración
inicial (7 veces).– Pipeteo apropiado: dilución del DNA o RNA
original hasta concentraciones similares a las muestras biológicas (106-1012).
– Estabilidad de las muestras patrón (RNA).
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Curso PCR 2007-08
• Curva patrón:– Sencillez en la preparación.– La cantidad de producto (n veces) se refiere a
la obtenida en el calibrador (1x).– No hay unidades.– Se puede utilizar cualquier tipo de patrón para
la obtención.
2. Cuantificación Relativa
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Curso PCR 2007-08
2. Cuantificación Relativa
• Puntos críticos de la curva patrón:– Dilución adecuada del RNA o DNA patrón.– La utilización de las mismas muestras en
placas distintas permite comparar resultados.– Se pueden utilizar patrones DNA para análisis
de RNA.– Se necesitan curvas patrón para el gen de
estudio y el control endógeno.
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Curso PCR 2007-08
• Ejemplo: cuantificación de SPP1 en cultivos celulares de células mesenquimales en diferenciación
2. Cuantificación Relativa
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Curso PCR 2007-08
Aplicaciones de la PCR-TR
• Glosario de términos.• Cuantificación:
– Absoluta– Relativa
• Determinación de mutaciones.• Ensayos +-
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Curso PCR 2007-08
Polimorfismo de SNPs
• Sondas alelo-específicas.• Utilización de sondas MGB/NFQ: Mayor
discriminación.• Utilización de oligos alelo-específicos y
SYBR Green. • Las curvas de disociación discriminan
alelos.
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Curso PCR 2007-08
Aplicaciones de la PCR-TR
• Glosario de términos.• Cuantificación:
– Absoluta– Relativa
• Determinación de mutaciones.• Ensayos +/-
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Curso PCR 2007-08
Ensayos +/-
• Se marca el ensayo con sonda TaqMan o SYBRGreen.
• Adición de un control interno positivo (control de amplificación).
Eliminar Falsos Negativos
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Curso PCR 2007-08
Programa:
• Jueves 24 de enero (9:30h):– Protocolo experimental:
• Diseño de primers y sonda (Primer express).• Validación de primers.• Optimización de la reacción:
– Matriz de primers– Matriz de sonda
• Curva standard.
– Práctica
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Curso PCR 2007-08
Diseño primers
• Tamaño amplicon: 50-150pb• %GC: 20-80%• Máximo 2/5 G o C en el extremo 3’• Longitud: 9-40pb (mejor 20pb, no se
recomiendan longitudes <18pb)
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Curso PCR 2007-08
Diseño de primers y sonda (Primer express).
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Curso PCR 2007-08
Diseño de primers
• Tm: 58-60ºC– Tm: Tª en la que el 50% de las cadenas está
unida y el 50% despegada– Si se pega más del 50% más posibilidad de
inespecificidades– En tiempo real: Tª=Tm
• Diferencia de Tm entre los dos primers < 2ºC
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Curso PCR 2007-08
Diseño de primers
Primer F: Tm 58ºC Primer R: Tm 60ºC
PCR: 60ºC
[Primer F]
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Curso PCR 2007-08
Matriz de Primers
2X2X2X900nM
2X2X2X300nM
2X2X2X50nM
900nM300nM50nM
Prim
er Reverse
Primer Forward
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Curso PCR 2007-08
Matriz de primers< Ct > Sensibilidad> Rn primers no limitantes
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Curso PCR 2007-08
Diseño de sondas
• Tm sonda 10ºC > Tm primers• Tm 70ºC la sonda se une inmediatamente
antes de la mayor eficiencia de la polimerasa• GC: 20-80%• Longitud: 9-40b (si >30b sonda MGB)• Nunca puede haber G en el extremo 5’
(quencher natural)• <4G continuas• Procurar [C]>[G]
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Curso PCR 2007-08
Matriz de sonda
• Se realiza tras la optimización de los primers (para ello sonda a 250nM)
• Utilizar distintas [sonda]: de 25nM a 225nM
900/300/50 nM1Reverse
900/300/50 nM1Forward
---8,25H2O
25Total
50 ng1DNA
250 nM1,25Sonda
1X12,5TaqMan® Universal PCRMaster Mix, No AmpErase®UNG (2X)
Final concentraciónVolumen / Reacción(μl)
Componentes de la reacción
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Curso PCR 2007-08
250 nM
200 nM
150 nM
100 nM
50 nM
Matriz de sonda< Ct > Sensibilidad> Rn no limitante
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Recta patrón Gen Referencia
Nos muestra la eficiencia de los primers:
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Recta Patrón: Gen de estudio
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Curso PCR 2007-08
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Curso PCR 2007-08
Referencia ActivaExpresión génica:
0.52ratio162Control endógeno
84Gen problema
Muestra 2Muestra 1
Control de la eficiencia de la Retro-transcripción.Control de la eficiencia de la extracción de RNA.Buscar referencias bibliográficas.Utilizar tres endógenos.
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Curso PCR 2007-08
Etapas del análisis de expresión
• Extracción de RNA• Retrotranscripción• Análisis de la expresión del gen (genes)
de referencia• Análisis de la expresión del gen de estudio• Normalización• Análisis de los resultados
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Curso PCR 2007-08
Retrotranscripción• El paso más delicado por la baja eficiencia de la
enzima• Distintas retrotranscriptasas en función del
experimento: – Expresión génica (MLMv o modificaciones)– rTth DNA polimerasa (virus y fragmentos de RNA
difíciles)• Primers:
– Random Hexamers expresión– Poly(dT)– Específico (la eficiencia de la RT dependerá del
primer) virus
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Análisis de expresión CON curva patrón
Gen Referencia: GAPDH Gen Estudio: SPP1
T0T7
27.36
-0.2
0.627 Cantidad relativa
27.68
-0.3
0.49
-0.42
0.38 Cantidad relativa
-1.92
0.0121
16.62
21.58
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Curso PCR 2007-08
• Ejemplo: cuantificación de SPP1 en cultivos celulares de células mesenquimales en diferenciación
2. Cuantificación Relativa
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Curso PCR 2007-08
• Método de comparación de Ct• Se basa en la eficiencia de los primers• Se refiere a la muestra con mayor cantidad de
gen de estudio (o menor Ct)• Q = e(menor Ct- Ct muestra)
• e =10-1/pendiente
• Si la eficiencia es del 100% e=10-1/-3.32=2
Análisis de expresión SIN curva patrón
Ejemplo
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Curso PCR 2007-08
• Método de comparación de Ct= 2-ΔΔCt
ΔΔCt= ΔCt , muestra-ΔCt, calibrador
ΔCt , muestra: Valor de Ct para una muestra normalizado con el del control endógeno.
ΔCt , calibrador: Valor de Ct para el calibrador normalizado con el del control endógeno.
=2-ΔΔCtExpresión gen/ Expresión basal del gen
Expresión endógeno/ Expresión basal endóg
Análisis de expresión SIN curva patrón
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Curso PCR 2007-08
2. Cuantificación RelativaLa eficiencia de la PCR puede enmascarar resultados.
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Curso PCR 2007-08
2. Cuantificación Relativa
• PCR Múltiple:– Amplificación del gen de interés y el
endógeno en el mismo tubo.– Reporter: 6-FAM y JOE.– Evitar competición en la reacción:
• Limitar la concentración de primers del gen más abundante.
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Curso PCR 2007-08
Cuantificación Relativa• Elección del método:
– Estudio del gen de interés y del endógeno en tubos distintos y usar curva patrón:
• Rápida optimización y validación.
– Utilización del método 2-ΔΔCt : • Se necesitan eficiencias de amplificación similares.• No necesita curva patrón. • Elimina los errores de dilución de la curva patrón.
– PCR Múltiple: • Más puesta a punto.• Mayor rapidez de análisis.