基于纳米材料构筑的DNA甲基化新型光学传感器及医学应用

DNA methylation, catalyzed by methylases, plays a critical role in many biological processes. Aberrant DNA methylation alters the structure of DNA and influences gene expression, which may result in tumor occurrence and tumor growth, become one of the hallmarks of the tumor and cancer cells form. Therefore, detection of DNA methylation and assay of MTase activities have gradually become a new research hotspot. Based on nanomaterials, this project will design and build efficient DNA methylation recognized nano-biological probes and nanosensing interfaces. Using the changes of spectroscopy characteristics between biological target molecules and nanomaterials which is caused by specific identification process, in combination with microscopic and other spectroscopy technologies, real-time monitoring kinetic processes between biological molecular target/nanosensing material, revealing the energy conversion, material transport mechanism related to the sensor process, obtaining the sensor rule of DNA methylation identification in the sensing system, establishing the new technology to detect the DNA methylation based on UV absorbance, fluorescence spectroscopy. Development of the sensors which will be used in the early diagnosis of cancer and anti-cancer drug screening, for the early cancer detection, diseases course monitoring and screening of anticancer drugs is of great significance.

由甲基转移酶催化的DNA甲基化，在许多生物学进程中扮演着至关重要的角色。异常的DNA甲基化改变了DNA结构，影响了基因表达，导致了肿瘤发生和增长，成为肿瘤乃至癌细胞形成的标志物之一。因此，检测DNA甲基化，并分析甲基转移酶活性逐渐成为新的研究热点。基于纳米材料，本项目拟设计和构筑对DNA甲基化具有高效识别性能的纳米生物探针和纳米传感界面。利用生物靶标分子与纳米材料特异性识别过程引起光谱学特征变化，结合显微技术和多种谱学手段，实时跟踪监测传感界面上生物靶标分子/纳米传感材料之间相互作用的动力学过程，揭示传感过程中的能量转换、物质输送等相关机理，获取传感体系中DNA甲基化识别的传感规律，建立基于紫外吸收、荧光光谱技术的检测DNA甲基化的新技术。开发用于癌症早期诊断和抗癌药物筛选的传感器件，对癌症的早期筛查、病程监控和抗癌药物的筛选具有重要意义。

. 由甲基转移酶催化的DNA甲基化，在许多生物学进程中扮演着至关重要的角色。异常的DNA甲基化改变了DNA结构，影响了基因表达，导致了肿瘤发生和增长，成为肿瘤乃至癌细胞形成的标志物之一。因此，检测DNA甲基化，并分析甲基转移酶活性逐渐成为新的研究热点。. 本项目主要利用核酸转移酶、核酸内切酶、核酸聚合酶、核酸外切酶等的专一、高效的转移、修饰、切割等方面的特性，通过设计构建核酸酶辅助的信号扩增策略，结合金纳米粒子Au NPs、纳米氧化石墨烯GO、荧光染料、二茂铁Fc的光学协同作用或信号输出特性，构建了紫外、荧光、表面等离子共振、电化学技术为检测手段的DNA甲基化及DNA甲基转移酶（M.SssI和Dam MTase）活性检测的方法。. 进一步，选取了典型药物（5-氮胞苷、5-氮胞苷-20-脱氧胞苷、丝裂霉素、顺铂、苄青霉素和5-氟尿嘧啶）做为模型抑制剂，考察了构建的传感方法在酶抑制剂的筛选（抗癌药物的筛选）方面的能力，实验结果表明上述方法可以进行相关抑制剂的筛选工作。本项目构建的DNA甲基化的分析方法可为癌症的早期诊断或抗癌药物的筛选提供新的思考模式和诊断方法。