DNA修復(fù)酶活性檢測(cè)的熒光生物傳感方法研究.pdf

1、DNA修復(fù)酶能參與DNA損傷的修復(fù)過(guò)程，保護(hù)基因組免受DNA損傷的危害，進(jìn)而維持基因組的完整性。DNA修復(fù)酶活性的異常將對(duì)DNA損傷的修復(fù)過(guò)程產(chǎn)生干擾，從而導(dǎo)致各種疾病，包括早熟衰老癥、發(fā)育障礙、腫瘤、神經(jīng)退化性疾病等。因此，對(duì)DNA修復(fù)酶活性的檢測(cè)，有利于在功能研究和臨床診斷中評(píng)價(jià)DNA損傷的修復(fù)過(guò)程。
　　近年來(lái)，由于具有操作簡(jiǎn)捷、生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，基于DNA的熒光生物傳感方法已成為定量檢測(cè)生物分子的常用分析方法。這種方法將

2、DNA作為識(shí)別探針來(lái)對(duì)特定的目標(biāo)物進(jìn)行識(shí)別，并能將該識(shí)別事件轉(zhuǎn)換成可以檢測(cè)的熒光信號(hào)。目前，基于DNA的熒光生物傳感方法已被用于DNA修復(fù)酶的活性檢測(cè)中。然而，這些方法仍存在一些不足:1）需要標(biāo)記或修飾，以及靈敏度低;2）需要同時(shí)移除多個(gè)損傷堿基才能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)，限制了靈敏度的提高;3）每種方法只能對(duì)一種DNA修復(fù)酶的活性進(jìn)行檢測(cè)，不足以評(píng)價(jià)DNA損傷的修復(fù)過(guò)程。
　　本論文發(fā)展了檢測(cè)DNA修復(fù)酶活性的新型熒光生物傳感方法。其中

3、，尿嘧啶-DNA糖基化酶(UDG)、內(nèi)切酶Ⅳ(EndoⅣ)以及無(wú)嘌呤/無(wú)嘧啶內(nèi)切酶1(APE1)被選作DNA修復(fù)酶的模型。本論文主要分為四章:
　　第一章為緒論部分，主要概述了DNA修復(fù)酶的概念、分類、功能、研究意義以及現(xiàn)有的檢測(cè)方法。此外，本部分還總結(jié)了現(xiàn)階段DNA修復(fù)酶活性檢測(cè)領(lǐng)域中存在的主要問(wèn)題。
　　第二章，構(gòu)建了一種基于免標(biāo)記DNA機(jī)器的熒光信號(hào)擴(kuò)增方法用于靈敏檢測(cè)UDG的活性。在本方法中，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)含有尿嘧啶

4、(U)堿基和引物序列的雙鏈DNA探針，它作為DNA機(jī)器的引發(fā)部分能進(jìn)行UDG的識(shí)別和信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)。另外，我們還設(shè)計(jì)了兩個(gè)部分互補(bǔ)的發(fā)夾探針，它們作為DNA機(jī)器的運(yùn)行部分能用于信號(hào)的擴(kuò)增。在UDG的作用下，雙鏈DNA探針中的U堿基被移除，產(chǎn)生無(wú)嘌呤/無(wú)嘧啶(AP)位點(diǎn)，導(dǎo)致雙鏈結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定而發(fā)生解離，釋放出引物序列。隨后，該引物序列能引發(fā)DNA機(jī)器的運(yùn)行，產(chǎn)生大量的G-四倍體(G4)結(jié)構(gòu)。最后，G4結(jié)構(gòu)能與N-甲基-卟啉Ⅸ(NMM)發(fā)生特異性

5、地結(jié)合，生成G4-NMM復(fù)合物，并產(chǎn)生增強(qiáng)的熒光信號(hào)。本方法能檢測(cè)低至0.00044 U/mL的 UDG活性。本方法也能用于檢測(cè)人宮頸癌(HeLa)細(xì)胞裂解液中的UDG活性。另外，本方法也能成功檢測(cè)抑制劑對(duì)UDG活性的抑制。
　　第三章，構(gòu)建了一種基于粘性末端介導(dǎo)鏈置換的熒光信號(hào)擴(kuò)增方法，它能對(duì)少量U堿基的移除產(chǎn)生響應(yīng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)UDG活性的靈敏檢測(cè)。在本方法中，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)單鏈DNA識(shí)別探針，它含有引物序列和兩個(gè)U堿基。另外，

6、我們還設(shè)計(jì)了一個(gè)含有粘性末端的發(fā)夾探針，以及一個(gè)信號(hào)報(bào)道探針。在UDG的作用下，單鏈DNA探針中的兩個(gè)U堿基被移出，產(chǎn)生AP位點(diǎn)。該含有AP位點(diǎn)的單鏈DNA探針將不能與含粘性末端的發(fā)夾探針發(fā)生粘性末端介導(dǎo)的鏈置換反應(yīng)(TSDR)，從而使單鏈DNA探針中的引物序列仍能自由存在。隨后，該引物序列與信號(hào)報(bào)道探針發(fā)生雜交，進(jìn)而引發(fā)聚合切刻等溫?cái)U(kuò)增反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)少量U堿基移除的靈敏響應(yīng)，提高了檢測(cè)UDG活性的靈敏度。然而，當(dāng)UDG不存在時(shí)，單鏈D

7、NA探針能與含粘性末端的發(fā)夾探針發(fā)生TSDR，導(dǎo)致引物序列被封閉，從而不能引發(fā)后續(xù)的等溫?cái)U(kuò)增反應(yīng)，降低了陰性信號(hào)。本方法能檢測(cè)低至0.000027 U/mL的UDG活性。
　　第四章，構(gòu)建了一種雙識(shí)別發(fā)夾探針介導(dǎo)的熒光信號(hào)擴(kuò)增方法用于靈敏且選擇性地檢測(cè)UDG和EndoⅣ的活性。當(dāng)檢測(cè)UDG的活性時(shí)，探針中的U堿基被目標(biāo)酶移除，產(chǎn)生AP位點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)UDG的識(shí)別。接著，AP位點(diǎn)被工具酶EndoⅣ切刻，從而使探針釋放出引物序列以引發(fā)滾

8、環(huán)擴(kuò)增(RCA)反應(yīng)。最后，RCA反應(yīng)產(chǎn)生大量重復(fù)的G4序列以進(jìn)行熒光信號(hào)的輸出。另外，當(dāng)檢測(cè)EndoⅣ的活性時(shí)，探針中的U堿基首先被工具酶UDG轉(zhuǎn)換成AP位點(diǎn)。接著，AP位點(diǎn)被目標(biāo)酶切刻，實(shí)現(xiàn)了對(duì)EndoⅣ的識(shí)別。最后，結(jié)合RCA的信號(hào)擴(kuò)增能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)EndoⅣ活性的靈敏檢測(cè)。本方法對(duì)UDG和EndoⅣ活性的檢測(cè)限分別為0.00017 U/mL和0.11 U/mL。并且，本方法能將UDG和EndoⅣ與相應(yīng)的類似物很好地區(qū)分開來(lái)。另外，

9、本方法也實(shí)現(xiàn)了對(duì)APE1活性的檢測(cè)。
　　第五章，利用連接酶反應(yīng)，構(gòu)建了一種熒光信號(hào)擴(kuò)增方法用于檢測(cè)UDG的活性。當(dāng)UDG存在時(shí)，識(shí)別探針中的兩個(gè)U堿基被移除而產(chǎn)生AP位點(diǎn)，形成錯(cuò)配切口?；贒NA連接酶能夠連接兩側(cè)堿基對(duì)完全匹配的切口而不能連接3'側(cè)含錯(cuò)配的切口的性質(zhì)，形成的上述錯(cuò)配切口將不能被DNA連接酶連接，探針的發(fā)夾結(jié)構(gòu)保持完整，進(jìn)而引發(fā)隨后的信號(hào)擴(kuò)增及產(chǎn)生過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)少量U堿基移除的靈敏響應(yīng)，有助于提高UDG活性的檢測(cè)