DNA脫堿基位點的檢測與應(yīng)用.pdf

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1、第4l卷分析化學(xué)(FENXIHUAXUE)特約來稿第7期2013年7月ChineseJournalofAnalyticalChemistry965～972一特一DOI：10．3724／SP．J．1096．2013．21001DNA脫堿基位點的檢測與應(yīng)用李敏杰吳一萍張斌田郭良宏(中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，北京100085)(齊齊哈爾大學(xué)，齊齊哈爾161006)摘要脫堿基位點是一種常見的DNA損傷，源于Ⅳ-糖苷鍵斷裂而使堿基脫落。輻射、烷基化試劑和一些抗癌藥物等可能會造成堿基脫落，因此脫堿基位點作為標(biāo)志性損傷能夠幫助疾病早期篩查、藥物毒副作用評價、環(huán)境污染物毒性評價等。目前已有不同的檢

2、測方法用于脫堿基位點的定量、定性分析，包括P后標(biāo)記法、LC—MS、ELISA及化學(xué)探針檢測法等。另一方面，由于脫堿基位點在雙鏈DNA內(nèi)形成疏水空腔，能夠結(jié)合小分子，使得脫堿基位點作為結(jié)合位點被用于小分子檢測、構(gòu)建適配體傳感器及SNP檢測。本文簡要概述目前為止對DNA脫堿基位點的化學(xué)探針檢測法研究進(jìn)展以及含有脫堿基位點DNA的應(yīng)用研究進(jìn)展，并展望其發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞DNA損傷；脫堿基位點；化學(xué)探針；DNA傳感器；評述1引言DNA是生物體賴以生存和繁衍的遺傳信息載體，DNA分子的完整性對生物體生存、正常繁衍至關(guān)重要。然而，外界環(huán)境和生物體內(nèi)部因素經(jīng)常會導(dǎo)致DNA分子損傷或變異。脫堿基位點是

3、一種常見的DNA損傷，可能產(chǎn)生途徑：(1)生理條件下由DNA的Ⅳ一糖苷鍵自發(fā)水解可以形成內(nèi)源性堿基脫落，其數(shù)量可達(dá)每個哺乳動物細(xì)胞每個周期約10個；(2)外源性損傷劑如uV、離子輻射、烷基化試劑、某些抗癌藥物等能夠不同程度地造成堿基脫落形成脫堿基位點；(3)DNA修復(fù)酶剪切修飾／異常堿基的剪切修復(fù)(BER)過程中，也能形成脫堿基位點中間體。脫堿基位點如不能被及時、準(zhǔn)確修復(fù)，會導(dǎo)致基因突變、細(xì)胞死亡，甚至引發(fā)機(jī)體癌變或遺傳疾病¨'2；體外實驗中顯示脫堿基位點的存在能夠強烈抑制DNA合成；噬菌體轉(zhuǎn)染DNA出現(xiàn)脫堿基位點時會導(dǎo)致細(xì)胞毒性；在細(xì)菌的DNA執(zhí)行復(fù)制轉(zhuǎn)錄時，有時候可以繞開脫堿基位

4、點，但由于堿基脫落處不能為復(fù)制、轉(zhuǎn)錄提供模板信息而極易導(dǎo)致突變_5]。因此，脫堿基位點的檢測對于藥物篩查、疾病的早期篩查和診斷、對環(huán)境污染物等的毒性評價具有重要意義。另一方面，由于脫堿基位點產(chǎn)生于正常堿基的缺失脫落，因此在雙鏈DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中形成一個空腔，允許小分子進(jìn)入其中，空腔的體積對進(jìn)入的小分子具有一定的空間選擇性。由于空腔位于雙鏈核酸的內(nèi)部，具有疏水特性。另外，脫堿基位點對面的堿基，由于失去了配對的堿基，重新具備了形成氫鍵的能力。因此，結(jié)構(gòu)合適的小分子，能夠在空腔內(nèi)通過疏水和氫鍵作用，與核酸分子形成穩(wěn)定的復(fù)合物。脫堿基位點的以上特性，使之被應(yīng)用于小分子檢測、核苷酸／sNP檢測

5、以及適配體生物傳感器構(gòu)建等方面的研究工作中。本文綜合介紹迄今為止檢測DNA脫堿基位點的化學(xué)探針檢測方法，歸納總結(jié)DNA脫堿基位點在構(gòu)建小分子檢測元件和生物傳感器等方面的應(yīng)用，并作以展望。2DNA脫堿基位點的化學(xué)探針檢測法大量脫堿基位點的檢測方法包括。。P后標(biāo)記法、LC．MS、ELISA等方法被用于基因中脫堿基位點的檢測。P后標(biāo)記法具有靈敏度高、特異性好的優(yōu)點，但也存在操作復(fù)雜且具有放射性的缺欠；LC—MS結(jié)2012-l08收稿；2013~2—18接受本文系國家自然科學(xué)基金(No．21005041)、教育部留學(xué)回國人員科研啟動基金、黑龍江省留學(xué)歸國人同科學(xué)基金(No．LC201019)

6、、黑龍江省教育廳海外學(xué)人科研啟動基金(No．1155h016)資助}E—mail：lhguo@rcee$．a(chǎn)c．cn分析化學(xué)第4l卷果準(zhǔn)確、可靠，但對待測樣品的前處理要求高，且需要專業(yè)人員進(jìn)行大型儀器操作等。相比之下，ELISA檢測法操作簡單，儀器價格低，但由于所用抗體對結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)一般有交叉反應(yīng)，降低了檢測的特異性。20世紀(jì)90年代初發(fā)展起來的化學(xué)探針法某種原因，因為操作步驟簡單、特異性強，且靈敏度合適，成為目前脫堿基位點檢測的主要研究方法之一?；瘜W(xué)探針根據(jù)不同作用機(jī)理可分屬為共價反應(yīng)型探針及非共價作用探針兩大類。共價反應(yīng)探針，是利用化學(xué)反應(yīng)將標(biāo)記分子與脫堿基位點共價聯(lián)接的一類探

7、針。例如脫堿基位點及其氧化衍生物結(jié)構(gòu)中的醛基基團(tuán)，能夠與氨基基團(tuán)發(fā)生縮合反應(yīng)，形成穩(wěn)定的共價結(jié)構(gòu)?；谶@個氨醛縮合反應(yīng)，可合成一端具有氨基基團(tuán)、另一端為標(biāo)記基團(tuán)的共價反應(yīng)型探針分子，實現(xiàn)脫堿基位點的標(biāo)記。非共價作用探針，是依靠探針與核酸分子之間的氫鍵、靜電引力、堿基堆積力等弱相互作用力，使探針分子能夠進(jìn)入脫堿基位點，由此改變探針分子的物理信號(吸光度、熒光、電化學(xué)等)，從而實現(xiàn)對脫堿基位點識別的探針類型。2．1共價反應(yīng)探針堿基脫落后的脫氧核糖殘基脫堿基位點