基于DNA甲基化电化学纳米传感技术的TET酶活性分析新方法研究

The elucidation of DNA demethylation mechanism is considered to be one of the most important scientific discoveries in the past ten years. Scientific research has proved that TET activity and DNA methylation are responsible for cancer. Many evidences show that TET and 5hmC/5mC may be new tumor markers. However, now rare methods of activity assay for TET has been reported. The present methods need expensive equipment or complicated operation, which limits its application in clinical field. So based on the merits of fast and high sensitivity of nano-sensing technology and high selectivity of chemical probes to DNA methylation, the project is proposed to develop a simple and rapid TET activity assay method by DNA methylation recognition. In addition, we will study the effect of anti-cancer drugs on TET activity and application to activity assay of TET in/out of leukemic cell lysates. There is no literature report of the TET activity assay by nano bioelectro-sensing technology, which encourages us to optimize the accuracy and sensitivity of nano-sensor by using nanoparticles and multi-functional nano-film, or chemical probes with electrochemical activities. This project can make up the deficiency of present TET activity assay methods, and is beneficial to the application of electrochemical nano-sensing technology in biology and medicine field.

DNA去甲基化机制的阐明被认为是近十年来最重要的科学发现之一。诸多证据显示TET蛋白(Ten-eleven translocation)与5-(羟)甲基胞嘧啶都将可能成为新的肿瘤分子标志物。然而，目前TET酶活性分析方法稀缺，或涉及昂贵的仪器试剂，或要求严苛的实施条件/步骤，难以满足快速的测试需要，将限制其在医学临床上的广泛使用。本项目拟利用快速、灵敏的电化学纳米传感技术，基于DNA甲基化检测模式，筛选特异性识别甲基化的小分子探针，建立简单、易用的TET酶活性分析新方法，并以白血病为模型，考察抗肿瘤药物对TET酶活性的影响，在细胞内、外进行方法学验证。电化学纳米传感技术用于TET酶活性分析的方法尚未见文献报道，我们可通过优化纳米传感器性能、电化学改性小分子探针等手段提升现有DNA甲基化传感器的灵敏度及准确度，弥补TET酶活性分析方法的不足，推动电化学纳米传感技术在生物医药领域中的应用。

众多研究表明TET蛋白(Ten-eleven translocation)与5-(羟)甲基胞嘧啶等核酸特殊碱基可能成为新肿瘤分子标志物，因此相关酶活性分析及碱基含量检测方法的研究具有重要科学意义与应用价值。本项目结合纳米材料电催化及信号放大的功能和电化学传感技术快速高灵敏度的特点，开展并完成了以下主要研究内容：（1）、筛选出特异识别DNA及RNA甲基化的小分子探针，构建了几种新型核酸生物传感器，实现了DNA及RNA甲基化信息的快速识别与检测；（2）、改进了核酸链在电极上的固定化方法，该方法已获批中国发明专利，此方法突破了传统核酸传感器因使用特定序列探针而导致在实际生物样品中使用受限的局限性；（3）、利用TET酶的羟甲基化功能，建立了多种简单、灵敏的TET酶活性分析方法，考察了已知抗肿瘤药物对TET酶活性及DNA甲基化水平的影响，并将其应用于相关药物的筛选。以上研究内容弥补了TET酶活性分析方法稀缺，或涉及昂贵的仪器试剂，或要求严苛的实施条件/步骤，难以满足快速测试需要的不足，推动了电化学纳米传感技术在生物医药领域中的应用。项目执行期间发表标注论文16篇，其中有4篇被选为当期封面论文（两篇第一标注：Analytical Chemistry与Analyst）；授权专利1项；培养硕士生8名；