本項目采用化學生物學手段,篩選出特異性成環標記5-醛基胞嘧啶(5fC)的化合物——疊氮茚二酮和丙二腈,并且標記產物在隨后的PCR擴增過程實現胞嘧啶(C)到胸腺嘧啶(T)的轉變,可實現全基因組5-醛基胞嘧啶的單堿基分辨率檢測。用疊氮茚二酮標記作為標記化合物,可實現對含有5-醛基胞嘧啶DNA片段的先富集再測序,將測序成本大大降低。用生物相容性很好的丙二腈作為標記化合物,可實現單細胞水平的5-醛基胞嘧啶單堿基分辨率檢測。血液中細胞外游離DNA上的核酸修飾可以作為人類癌癥的生物標記物,本項目涉及的核酸修飾檢測技術,不會造成DNA降解,適應于臨床小量珍貴樣品,在癌癥的液態活檢上具有重大潛力。
本項目實現免亞硫酸氫鹽的5-醛基胞嘧啶全基因組單堿基分辨率檢測,研究成果可以直接用于開發5-醛基胞嘧啶檢測試劑盒。同時,將本發明與5-羥甲基胞嘧啶的特異性氧化結合起來,可用于開發5-羥甲基胞嘧啶的檢測試劑盒。另外,本項目也可應用于作為疾病生物標記物的核酸修飾的檢測。
運用本項目中的疊氮茚二酮作為化學標記物,測定了小鼠胚胎干細胞的5-醛基胞嘧啶單堿基分辨率圖譜,驗證了本項目用于全基因組5-醛基胞嘧啶單堿基分辨率檢測的可行性(Nature methods,2015)。利用本項目中的丙二腈用于化學標記物,實現了5-醛基胞嘧啶的單細胞單堿基分辨率檢測,并且測定了小鼠早期胚胎的5-醛基胞嘧啶圖譜(Cell Stem Cell,2017)。利用化學氧化劑將5-羥甲基胞嘧啶特異性氧化成5-醛基胞嘧啶,然后利用本項目的標記反應,實現了免亞硫酸氫鹽的5-羥甲基胞嘧啶全基因組單堿基分辨率檢測。研究表明人細胞外游離DNA的5-羥甲基胞嘧啶可作為癌癥液態活檢的生物標記物,將本項目應用于人細胞外游離DNA上的5-羥甲基胞嘧啶的檢測,在世界上首次獲得了人細胞外游離DNA的5-羥甲基胞嘧啶單堿基分辨率圖譜,并且結果顯示通過本項目參與的核酸修飾檢測可以將癌癥病人與正常人區分開(J. Am. Chem. Soc. 2018)。
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