DNA甲基化轉移酶活性的免標記電化學研究

陳丹萍,戴 宗

(中山大學化學與化學工程學院，廣東廣州510275)

DNA甲基化轉移酶活性的免標記電化學研究

陳丹萍,戴 宗*

(中山大學化學與化學工程學院，廣東廣州510275)

DNA甲基化是指DNA在甲基轉移酶（DNMTs）作用下，催化底物S-腺苷甲硫氨酸（SAM），轉移一個甲基至胞嘧啶的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、染色體結構、基因印記等密切相關。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記。深入研究DNA甲基化修飾形成及控制機制在疾病診斷、藥物篩選、細胞重編程、全能細胞研究等方面具有重要意義。

DNA甲基化是一個可逆過程，其去甲基化機制目前還沒有被完全了解。實現(xiàn)DNA甲基化修飾及控制的核心研究內(nèi)容之一為對甲基化修飾過程中相關酶功能的研究。2014年，美國科學院院士，加州理工學院Jacqueline K.Barton教授課題組，在美國科學院院刊 （Proc.Natl.Acad.Sci., USA）上報道了一種獨特的多路復用電化學檢測系統(tǒng)，測定人類結腸腫瘤活性組織DNMT1酶活性[1]。該電化學檢測平臺包括兩個電極陣列，每個陣列有15個電極，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的電催化反應得到檢測。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)轉化為一種電信號。當甲基轉移酶存在時，電極上半甲基化的DNA雙鏈會被徹底甲基化，沒有甲基轉移酶存在的情況下，半甲基化的DNA雙鏈無法進一步甲基化。因此，在加入甲基化限制性內(nèi)切酶時，完全甲基化的電化學信號仍保持不變，而半甲基化狀態(tài)的DNA雙鏈將會被限制性內(nèi)切酶剪切，使得電信號顯著下降。

該雙電極傳感平臺能夠有效區(qū)分結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用前景。此外，該方法應用了免標記電化學檢測技術，較好地克服了常規(guī)技術的局限性，并可結合其他限制性內(nèi)切酶，進一步拓展到DNA甲基化修飾的其他衍生物的檢測。如結合近期美國哈佛大學醫(yī)學院 Yi Zhang教授課題組提出的DNA主動去甲基化的可能過程[2]，對DNA主動去甲基化途徑中各種酶功能及活性的研究，加深對甲基化形成機制方面的理解。

（a）多復通路電化學檢測平臺檢測DNA甲基轉移酶活性的原理圖。（b）多復通路電化學檢測平臺示意圖。（c）5-甲基胞嘧啶主動去甲基化過程

[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.

國家自然科學基金資助項目（21175158,21422510）

*通信聯(lián)系人，E-mail:daizong@mail.sysu.edu.cn