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TUhjnbcbe - 2021/7/23 0:34:00
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《背景介绍》

5-羟甲基胞嘧啶(5hmC)和5-醛基胞嘧啶(5fC)作为5-甲基胞嘧啶(5mC)主动DNA去甲基化的关键中间体,在许多生命过程中发挥着重要作用。基因组中异常的5hmC和5fC水平通常与各种癌症的发生发展息息相关。对5hmC和5fC的准确和简便检测非常必要,但由于它们的结构相似性高,丰度极低,当前的定量方法多数仍面临成本高和操作复杂等问题。

近期,中山大学戴宗教授课题组报道了一种类珍珠项链的策略,将金属有机框架(MOF)作为“超级标签”标记到5hmC和5fC位点上,结合电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)准确定量基因组DNA中的整体5hmC和5fC水平。相关成果以“PearlNecklacelikeStrategyEnablesQuantificationofGlobal5-Hydroxymethylcytosineand5-FormylcytosinebyInductivelyCoupledPlasma-AtomicEmissionSpectrometry”为题,并作为正封面文章发表在国际分析化学权威杂志AnalyticalChemistry上(DOI:10./acs.analchem.1c)。

研究的主要内容介绍

从组织中提取的基因组DNA经超声破碎及热变性后,成为包含5hmC和5fC位点的单链DNA(5hmC/5fC-ssDNA)。其中的5hmC和5fC分别羧基化后与Cu2+配位形成后续MOF生长的晶核。具体如下:5hmC首先被T4噬菌体β-葡萄糖基转移酶(T4-βGT)转化为β-葡萄糖基-5hmC(5gmC)。其葡萄糖残基的顺式二醇结构与3,5-二羧基苯硼酸(DCPBA)进一步在温和条件下发生环合反应,生成含两个羧基的DCPB-5gmC。对于5fC,选择3,5-二氧环己烷羧酸(DOCA)与5fC中的芳香氨基及醛基进行环合反应,生成含羧基的DOC-5fC。5hmC和5fC羧化后,分别加入Cu2+与均苯三甲酸(H3BTC),在温和条件下(水相28°C,1.5h以内),通过配位作用,在5hmC和5fC位点上原位形成HKUST-1的MOF作为“超级标签”。合成的ssDNA与MOF的复合材料(5hmC/5fC-ssDNA

HKUST-1)可与醛基磁珠(MB-CHO)交联,在磁珠的醛基和DNA中裸露的氨基之间生成席夫碱。经磁分离和酸消化后,Cu含量正比于5hmC或5fC,因此可用ICP-AES法定量测定5hmC或5fC的含量。该方法可方便、准确地测定不同组织中5hmC和5fC的含量,无需重亚硫酸盐处理、质谱和PCR设备。

(A)MOF生长以及基因组DNA中5hmC/5fC检测的工作流程;(B)DCPBA和DOCA分别对5hmC和5fC的羧基化过程。

(来源:AnalyticalChemistry)

小结

在该方法中,由于MOF在5hmC和5fC的原位生长,实现方便的特异性标记和高效信号放大。该方法有利于对基于5hmC/5fC的癌症及其他疾病的早期诊断,但对于哺乳动物基因组中丰度较低的5-醛基尿嘧啶(5fU)和5-羧基胞嘧啶(5caC)的测定,则仍需设计具备更高信号放大效率的MOF结构,以进一步提高方法的灵敏度。

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