基于化学转化和酶促连接的DNA中特定位点5-羧基胞嘧啶定量分析

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5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine,5m C)是哺乳动物中重要的表观遗传修饰。DNA的主动去甲基化可以通过TET(ten-eleven translocation)酶把5m C氧化为5-羟甲基胞嘧啶(5-hydroxymethylcytosine,5hm C)、5-醛基胞嘧啶(5-formylcytosine,5f C)以及5-羧基胞嘧啶(5-carboxylcytosine,5caC)来实现。5m C、5hm C和5f C在调控基因的表达过程中都发挥着重要的作用,然而作为5m C的最终氧化产物5caC,在生物体内所发挥的生理功能依然研究很少。研究5caC的生理功能依赖于5caC在基因组中的准确定量分析以及定位分析。目前对5caC进行定量分析主要依赖于液相色谱-质谱(liquid chromatographymass spectrometry,LC-MS)联用技术,获取的是5caC核苷的定量信息。而对5caC进行高通量测序主要基于传统的亚硫酸氢盐测序方法来获取5caC在基因组上的单碱基分辨率定位信息。然而,高通量测序技术花费昂贵、耗时长,其中的亚硫酸氢盐处理条件容易造成DNA严重降解。此外,无论是定量分析还是定位分析都无法获取特定位点5caC的修饰含量信息。研究表明,DNA以及RNA核苷上的修饰能够影响碱基互补配对,DNA连接酶可以准确识别单个位点的碱基错配和被削弱的碱基互补配对,从而产生不同的连接效率。因此,本工作中我们提出了利用化学转化结合酶促DNA连接-实时定量PCR(real-time quantitative PCR,q PCR)来实现DNA中特定位点5caC的定量分析。该方法依赖于5caC被吡啶硼烷中选择性的转化为二氢尿嘧啶(dihydrouracil,DHU)。DHU结构类似胸腺嘧啶(thymine,T),与腺嘌呤(adenine,A)发生碱基互补配对,使得原来与鸟嘌呤(guanine,G)配对的5caC产生由5caC-G到DHU-A的碱基互补配对转变,而未被转化的胞嘧啶(cytosine,C)与A发生错配。在Taq DNA连接酶的作用下,吡啶硼烷处理过的5caC-DNA模板将产生较多的连接产物,从而实现DNA中特定位点5caC的检测和定量分析。该方法成功应用于区分合成的DNA模板5caC-DNA与C-DNA,实现了5caC在DNA混合物中修饰含量的定量评估。最低浓度为125 f M的5caC-DNA可以与空白组区分出来。此外,该方法成功应用于把合成的5caC-DNA添加到复杂生物样品中用于特定位点5caC的定量分析,加标回收率介于88.0%-91.1%之间。该方法快速、操作简单、花费较少,有望于用来研究5caC在生物体中的生理功能。
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