DNA损伤所介导的信号分子的表面等离子体激元共振检测

DNA damage is the research focus of molecular biology and molecular toxicology. Due to the large numbers of signaling pathways and the related signaling molecules mediated by DNA damage, the development of highly sensitive and highly specific methods for quantitative detection of the DNA damage-related protein biomarkers (p21, γH2AX, Bax, Bcl-2), to evaluate the degree of cellular DNA damage and its repair process and to illustrate the genotoxicity of endogenous and exdogenous species, is of great biological significance. In this project, surface plasmon resonance (SPR) is used to study the dynamic change in the expression of p21 protein in order to accurately and quantitatively assess the extent of cellular DNA damage. The investigation of the aggregation and de-aggregation processes of the phosphorylated histone γH2AX at the double-strand breaks of DNA provides important evidence for real-time and on-line monitoring of DNA damage and repair processes. The dual-channel SPR is used to simultaneously determine the homologous (Bax-Bax) and heterogenous (Bax-Bcl-2) dimers in cell lysates, which enables the quantitative analysis of DNA damage-mediated cell apoptosis. By regulating the cellular Bax/Bcl-2 ratio, the cell apoptosis is induced, which provides new insight for the exploration of anti-tumor drugs.

DNA损伤是分子生物学和分子毒理学的研究热点，它所介导的信号通路及相关信号分子较多，构建高灵敏、高特异性的方法来定量检测与DNA损伤反应相关的蛋白标志物（p21、γH2AX、Bax、Bcl-2），对评估细胞内DNA损伤程度及其修复过程以及揭示内源性、外源性物质的遗传毒性具有重要的生物学意义。本项目拟通过表面等离子体激元共振（SPR）技术分析p21蛋白在DNA损伤前后表达水平的动态变化，从而对细胞内DNA损伤程度进行准确、定量评估。考察磷酸化的组蛋白γH2AX在DNA双链断裂处的聚集和解聚过程，为实时、在线研究DNA损伤与修复过程提供重要依据。采用双通道SPR技术同时检测细胞裂解液中同源二聚体（Bax-Bax）与异源二聚体（Bax-Bcl-2）的含量，实现DNA损伤诱导细胞凋亡的定量分析。通过调控细胞内Bax/Bcl-2的比率来诱发细胞的凋亡，从而为抗肿瘤药物的研究提供新的思路。

DNA损伤是分子生物学和分子毒理学的研究热点，它所介导的信号通路及相关信号分子较多，构建高灵敏、高特异性的方法来定量检测与DNA损伤反应相关的蛋白标志物，探究DNA损伤程度及其修复过程，对揭示内源性、外源性物质的遗传毒性，以及基因突变的机制、衰老、癌变的原因和后续的精准治疗具有重要的生物学意义。通过表面等离子体激元共振（SPR）技术分析p21蛋白在DNA损伤前后表达水平的动态变化，从而对细胞内DNA损伤程度进行准确、定量评估。采用电化学阻抗法在线研究和追踪紫外辐射诱导的DNA损伤及修复过程，考察嘧啶二聚体的抗体与损伤产物结合以及光修复酶修复损伤位点后从DNA链上解离的过程。探究紫外光损伤介导的双链DNA解旋过程，对解旋机理进行阐述并实现了光损伤水平的免标记检测。对细胞凋亡相关蛋白Bax/Bcl-2的比率进行动态分析，阐述Bax与Bcl-2在细胞凋亡机制中的作用。基于一致性双链DNA与p53蛋白的特异性相互作用，采用SPR实时检测了DNA的损伤和修复过程。探针DNA与正常、损伤或修复的靶点DNA间形成的双链DNA与p53蛋白相互作用的平衡解离常数分别为1.30±0.22nM,126±22nM以及33.9±5.3nM，表明损伤后的双链DNA与p53蛋白的结合能力大幅度降低，而修复后的双链DNA与p53蛋白的结合能力又有所提升。与正常双链DNA相比，修复后的双链DNA与p53蛋白相互作用的差异在于光修复酶只能修复环丁烷嘧啶二聚体，而不能修复损伤过程中同时生成的嘧啶(6-4)嘧啶酮光产物。SPR传感器为实时监测DNA损伤和修复过程开辟了新的途径。