陳丹萍,戴 宗

(中山大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，廣東廣州510275)

DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶活性的免標(biāo)記電化學(xué)研究

陳丹萍,戴 宗*

(中山大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，廣東廣州510275)

DNA甲基化是指DNA在甲基轉(zhuǎn)移酶（DNMTs）作用下，催化底物S-腺苷甲硫氨酸（SAM），轉(zhuǎn)移一個(gè)甲基至胞嘧啶的C5位置，生成5-甲基胞嘧啶（5-mC）的過程。作為重要的表觀遺傳修飾方式之一，DNA甲基化與胚胎發(fā)育、染色體結(jié)構(gòu)、基因印記等密切相關(guān)。異常甲基化修飾通常與人類各種疾病緊密聯(lián)系，成為眾多疾病的生物標(biāo)記。深入研究DNA甲基化修飾形成及控制機(jī)制在疾病診斷、藥物篩選、細(xì)胞重編程、全能細(xì)胞研究等方面具有重要意義。

DNA甲基化是一個(gè)可逆過程，其去甲基化機(jī)制目前還沒有被完全了解。實(shí)現(xiàn)DNA甲基化修飾及控制的核心研究?jī)?nèi)容之一為對(duì)甲基化修飾過程中相關(guān)酶功能的研究。2014年，美國科學(xué)院院士，加州理工學(xué)院Jacqueline K.Barton教授課題組，在美國科學(xué)院院刊 （Proc.Natl.Acad.Sci., USA）上報(bào)道了一種獨(dú)特的多路復(fù)用電化學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)，測(cè)定人類結(jié)腸腫瘤活性組織DNMT1酶活性[1]。該電化學(xué)檢測(cè)平臺(tái)包括兩個(gè)電極陣列，每個(gè)陣列有15個(gè)電極，其中，被固定在底部電極陣列的DNA雙鏈通過頂部電極中亞甲基藍(lán)的電催化反應(yīng)得到檢測(cè)。該方法采用甲基化敏感性限制性內(nèi)切酶將DNA甲基化狀態(tài)轉(zhuǎn)化為一種電信號(hào)。當(dāng)甲基轉(zhuǎn)移酶存在時(shí)，電極上半甲基化的DNA雙鏈會(huì)被徹底甲基化，沒有甲基轉(zhuǎn)移酶存在的情況下，半甲基化的DNA雙鏈無法進(jìn)一步甲基化。因此，在加入甲基化限制性內(nèi)切酶時(shí)，完全甲基化的電化學(xué)信號(hào)仍保持不變，而半甲基化狀態(tài)的DNA雙鏈將會(huì)被限制性內(nèi)切酶剪切，使得電信號(hào)顯著下降。

該雙電極傳感平臺(tái)能夠有效區(qū)分結(jié)腸腫瘤組織和鄰近的健康組織，表現(xiàn)出較好的臨床診斷應(yīng)用前景。此外，該方法應(yīng)用了免標(biāo)記電化學(xué)檢測(cè)技術(shù)，較好地克服了常規(guī)技術(shù)的局限性，并可結(jié)合其他限制性內(nèi)切酶，進(jìn)一步拓展到DNA甲基化修飾的其他衍生物的檢測(cè)。如結(jié)合近期美國哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院 Yi Zhang教授課題組提出的DNA主動(dòng)去甲基化的可能過程[2]，對(duì)DNA主動(dòng)去甲基化途徑中各種酶功能及活性的研究，加深對(duì)甲基化形成機(jī)制方面的理解。

（a）多復(fù)通路電化學(xué)檢測(cè)平臺(tái)檢測(cè)DNA甲基轉(zhuǎn)移酶活性的原理圖。（b）多復(fù)通路電化學(xué)檢測(cè)平臺(tái)示意圖。（c）5-甲基胞嘧啶主動(dòng)去甲基化過程

[1]Furst A L,Muren N B,Barton J K,et al.Label-free electrochemical detection of human methyltransferase from tumors[J].Proc.Natl.Acad.Sci.USA,2014,111 (42):14985-14989.

[2]Kohli R M,Zhang Y.TET enzymes,TDG and the dynamics of DNA demethylation[J].Nature,2013,502 (7472):472-479.

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（21175158,21422510）

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