我校药学与检验医学系郑峻松教授团队在ACS Applied Materials & Interfaces上发表研究成果——基于HCR耦合DNA四面体纳米结构为基
发布人:wuph 发布时间:7/11/2019 9:30:27 AM  浏览次数:41次
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基于HCR耦合DNA四面体纳米结构为基础的DNA甲基化电化学分析技术研究

 

陈曦 郑峻松

DNA甲基化(DNA methylation)是表观遗传最基本的修饰方式,由于其对细胞分化、胚胎发育、遗传性疾病和肿瘤发生等基因表达、基因印记和基因沉默的调控作用,DNA甲基化已成为继限制性片断多态性、DNA点突变之后最具价值的第三代遗传标记。大量研究证实肿瘤细胞与正常细胞的DNA甲基化丰度与位点差异,可作为肿瘤等表观遗传紊乱类疾病的分子诊断新靶点,对此类疾病的预测、分类、治疗及预后意义重大。定量分析特定序列DNA甲基化水平,已成为表观遗传研究、自身免疫性疾病和肿瘤等基因表观紊乱疾病早期诊断与预警,和肿瘤等去甲基化治疗方案选择的新手段,DNA甲基化定量分析临床适宜检测技术研究已成为实验诊断医学与表观遗传学交叉研究的前沿领域。随着表观遗传全基因组甲基化图谱(Epigenomics Roadmap Program)的绘制完成和功能基因组和表观基因组研究的深入,特定基因表观失衡的甲基化位点分布与参照标准已逐步被阐明。因此,建立临床适宜的甲基化定量分析技术,已成为推动应用甲基化失衡作为肿瘤等表观紊乱疾病早期诊断和临床治疗方案选择的关键问题和迫切需求,而电化学分析技术因兼具定量和定性分析等诸多优点成为该领域的研究热点。

本项研究中,陆军军医大学郑峻松教授团队通过设计4条单链ssDNA,配对形成独特的“四面体+茎环”复合结构的DNA纳米结构(DNA tetrahedral nanostructure)作为捕获探针,通过底部 “四面体”DNA纳米结构有效提升与靶序列DNA的固相杂交效率、抵抗检测体系中复杂成分的干扰;而顶部的“茎环”DNA结构可通过“能垒作用”有效识别靶序列DNA的碱基错配,提升检测特异性。同时,该研究采用电沉积纳米金、HCR反应及酶促催化等信号放大策略提升电化学响应信号。研究结果表明,该策略有效的实现了靶序列DNA甲基化丰度的定量检测,同时具备了抵抗检测体系中杂质干扰的能力,成功实现了DNA甲基化的痕量高灵敏检测,检测低限达aM水平。研究结果同时证明了DNA四面体结构等新型纳米材料在表观遗传DNA甲基化电化学分析中的巨大潜力,可为肿瘤等表观遗传甲基化紊乱类疾病的实验诊断提供一种新的检测手段。

该成果“Electrochemical Biosensor for DNA Methylation Detection through Hybridization Chain-Amplified Reaction Coupled with a Tetrahedral DNA Nanostructure”发表于《American Chemical Society》子刊《ACS Applied Materials & Interfaces》(IF=8.097)。在此基础上,郑峻松教授团队正持续开展DNA甲基化的特异位点分析关键技术研究,以期实现对靶序列DNA甲基化从“定量”到“定位”的分析技术突破,为DNA甲基化电化学分析的临床应用提供理论和实验基础。

 

附:英文摘要及关键词

Electrochemical Biosensor for DNA Methylation Detection through Hybridization Chain-Amplified Reaction Coupled with a Tetrahedral DNA Nanostructure.

 

Abstract  DNA methylation is a key factor in the pathogenesis of gene expression diseases or malignancies. Thus, it has become a significant biomarker for the diagnosis and prognosis of these diseases. In this paper, we designed an ultrasensitive and specific electrochemical biosensor for DNA methylation detection. The platform consisted of stem-loop-tetrahedron composite DNA probes anchoring at a Au nanoparticle-coated gold electrode, a restriction enzyme digestion of HpaII, and signal amplification procedures including electrodeposition of Au nanoparticles, hybridization chain reaction, and horseradish peroxidase enzymatic catalysis. Under optimal conditions, the design showed a broad dynamic range from 1 aM to 1 pM and a detection limit of about 0.93 aM. The approach also showed ideal specificity, repeatability, and stability. The recovery test demonstrated that the design is a promising platform for DNA methylation detection under clinical circumstances and could meet the need for cancer diagnosis.

 

KEYWORDS: DNA methylation; DNA tetrahedral nanostructure probe; biosensor; hybridization chain reaction; multiple signal amplification

 

全文链接:https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/abs/10.1021/acsami.8b20144

 

作者简介

 

陈曦,陆军军医大学2016级联合培养硕士研究生,主要研究方向为DNA甲基化电化学分析研究。培养期间在ACS Applied Materials & Interfaces(IF=8.097)杂志发表SCI论文1篇(第一作者),在Biosensors & Bioelectronics(IF=8.173)杂志发表SCI论文1篇(共同作者)。

 

 

郑峻松 教授

日本Hamamatsu Medical University光量子医学研究所高级访问学者, 现任陆军军医大学检验医学系临床检验与野战检验医学教研室主任、教授、博士生导师。长期从事表观遗传DNA @ RNA甲基化分析与军事检验医学关键技术研究,近年来先后主持国家自然科学基金3项,军队十二五“530”工程-野战检验医学重点专项1项,军队十三五重大专项2项(2016专题1;2019专题2),军队十三五军事医学装备预研项目1项,在Theranostics ACS Applied Materials & InterfacesJournal of Clinical InvestigationBiosensors and Bioelectronics等发表SCI论著25篇;主编副主编《军事检验医学》、《应急检验医学》等专著5部;担任国际分子诊断医学委员会委员、国家卫计委医学检验装备学会常务委员、国家教育部高等医学院校教学指导委员会委员、解放军医学检验专业委员会委员和Biosensors and BioelectronicsClinical Chemistry杂志专栏审稿专家等学术职务。

 

 


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