利用DNA逻辑门研究阿尔茨海默病中DNMT1的异常以及与DNA损伤修复的相互作用

The abnormal DNA methylation of the relative pathogenic gene in Alzheimer′s disease (AD) regulated the generation and elimination of amyloid β-protein (Aβ), and the DNA damage from the Aβ aggregation-induced oxidative stress interacted with the DNA methyltion. It plays an important role in the epigenetic therapy and early diagnosis of AD through investigating the local sequence-dependent interaction between the abnormality of DNMT1 and the DNA repair. We intend to study the interaction on the basis of DNA logic gates, because they are characterized of the input of multiple targets. Based on the design of DNA methylated substrate in the padlock template of rolling circle amplification and the input of DNMT1 and methylation-sensitive restriction endonuclease, the AND and NOR DNA logic gates will be constructed. As a reference, we can construct the YES and NOT DNA logic gates with the hOOG1 as a target and achieve the sensitive detection for the hOOG1 activity. Furthermore, the padlock template in which the specific sites of DNA methylation adjacent to the damaged guanine will be designed for investigating the local sequence-dependent interaction of DNMT1 and the DNA repair. It can provide an academic support for the epigenetic therapy and early diagnosis of AD.

阿尔茨海默病(AD)相关致病基因的DNA甲基化水平异常调控着Aβ生成和清除，并且Aβ沉积诱导的氧化应激所产生的DNA氧化损伤与DNA甲基化之间存在着相互作用。探寻DNA甲基化转移酶的异常及其与DNA损伤修复之间的相互作用对AD的表观遗传学治疗以及早期诊断具有重要作用。本项目拟利用DNA逻辑门的可进行多个目标物输入的性质研究DNA甲基化异常与DNA损伤修复之间的位置依赖的相互关系。通过设计滚环扩增反应的模板中DNA甲基化底物的位置、控制DNMT1和甲基化敏感内切酶的输入构建AND和NOR逻辑门。以此逻辑门的设计为基础，构建以hOGG1为目标物的YES和NOT逻辑门并可实现对其灵敏的检测。我们进一步设计DNA甲基化底物和G损伤共存的模板，研究DNMT1和DNA损伤修复之间的位置依赖的相互关系，以期为AD的表观遗传学治疗以及早期诊断提供理论支持。

Aβ沉积引起的氧化应激事件发生在阿尔茨海默症的早期，因此氧化应激引起的DNA损伤修复酶的高灵敏检测对其早期诊断有重要意义。此外，Aβ作为阿尔茨海默症的诊断标志物，分析其在体液如血清、脑脊液等中的浓度亦是非常重要。基于以上研究目的，我们首先构建了一种DNA损伤修复酶的高灵敏定量分析方法，结合聚合-切刻酶的信号放大作用与免标记的G-四倍体作为输出信号，使其检测限可达0.0001 U/mL。同时我们利用该体系进行了DNA损伤修复酶抑制剂作用的评估。因此，该方法有潜力用于阿尔茨海默症的早期诊断和药物筛选。此外，我们将此研究成果拓展至阿尔茨海默症其他表观遗传标志物的检测上，如DNA甲基化转移酶，该工作还在系统进行中。此外利用阿尔茨海默症最主要的病理标志物Aβ与金属离子的相互作用，结合Na+/K+调节G-四倍体的不同构象设计并实现了一种荧光和比色的双通道检测Aβ的方法；该方法快速、简单、选择性好，适合用于体液中Aβ含量的定量分析。细胞内巯基化合物（包括半胱氨酸、高半胱氨酸、谷胱甘肽等）在维持生命体系的氧化还原动态平衡起着重要的作用，它们是与酶活性有关的最具有反应活性的官能团，并且在酶代谢过程中起着重要的作用。体内某些巯基化合物的水平与一些疾病相关：如癌症、老年痴呆症和心血管疾病等。在本项目的资助下，合成了铁电体钙钛矿-TiO2纳米棒异质结和一种以马来酰亚胺为响应基团的荧光分子，并用于与阿尔茨海默症相关的生物巯基化合物如半胱氨酸、谷胱甘肽等的检测，基于以上材料构建生物传感器均具有较好的灵敏度和选择性，为进一步研究复杂体系生物巯基化合物的检测提供可能。此外，对食品或环境中与阿尔茨海默症相关的一些有机分子如甲醛、多环芳烃以及茶叶中相关成分进行了评估，期望实现食品和环境的安全性。