DNA羟甲基化电致化学发光生物传感器研究

For solving the difficult issues such as that the content of 5-hydroxymethylcytosine (5hmC) is much lower than that of the best known epigenetic mark 5-methylcytosine (5mC) and 5hmC cannot be discriminated from 5mC by the well-known bisulfite sequencing, the project of electrogenerated chemiluminescence (ECL) biosensor for the determination of 5mC is proposed. The main research work involves the fabrication of the high specificity ECL biosensor for the determination of 5hmC using modification of 5hmC by glucosylation or chemical labeling, JBP1 and 5hmC antibody as molecular recognition. On this basis, the rapid, high sensitive and high specific ECL sensing devices and methods for 5hmC detection based on nano-amplification, nucleic acid signal amplification and ECL technology will be explored. The project will enrich the content of ECL biosensor, fabricate the analytical device for the life science including 5hmC, early diagnosis of tumor, and etiopathogenesis of clinical.

本项目拟开展DNA羟甲基化电致化学发光生物传感器的研究。以肿瘤相关的基因组羟甲基化DNA序列为目标物，针对基因组中5-羟甲基胞嘧啶含量低且难以与5-甲基胞嘧啶区分的问题，以葡糖基转移酶、结合蛋白J和5-羟甲基胞嘧啶抗体对非羟甲基化或羟甲基化胞嘧啶相关序列的选择性修饰反应为分子识别依据，结合纳米放大、核酸信号放大和电致化学发光等技术，发展快速、高灵敏度、高特异性DNA羟甲基化检测的电致化学发光生物传感器新器件和新方法。该研究丰富了电致化学发光生物传感器的内容，为基因组的羟甲基化分析、肿瘤临床早期诊断与发病机制以及表观遗传学的研究等生命科学中的重大研究提供新的方法和技术。

本项目开展了DNA羟甲基化电致化学发光生物传感器的研究。以葡糖基转移酶和特异性反应对非羟甲基化或羟甲基化胞嘧啶相关序列的选择性修饰为分子识别依据，将纳米放大、核酸信号放大等放大技术与电致化学发光技术相结合，发展快速、高灵敏度、高特异性DNA羟甲基化检测的电致化学发光生物传感新方法。(1)在超微电极上研究了低介电常数 (如苯2.27，或环己烷 2.02)单个乳化液滴电化学碰撞。(2)以纳米材料如纳米金、纳米金负载Ru(bpy)32+复合物和石墨烯为电极修饰材料制作纳米组装功能化固定界面及修饰信号探针，建立了三种高灵敏度检测DNA甲基转移酶的传感新方法。(3)以葡糖基转移酶反应为分子识别基础，建立了三种检测DNA羟甲基化水平以及葡糖基转移酶活性研究的生物传感新方法；以氧化剂高钌酸钾对5-羟甲基胞嘧啶特异性氧化反应为分子识别基础，建立了一种DNA羟甲基化电致化学发光传感新方法；以去甲基化转移酶和限制性内切酶组合为分子识别基础，基于二硫化钼-硫瑾复合材料纳米组装结合核酸信号放大策略发展分析去甲基化酶的活性并且检测DNA去甲基化的电致化学发光传感新方法。(4)利用所研制的DNA羟甲基化生物传感器，初步开展了人体血清和小鼠不同组织基因组中DNA羟甲基化定量检测的研究。这些研究成果揭示了生物传感信号传导、识别反应和响应模式对传感器灵敏度和选择性影响的一些规律，对DNA表观遗传修饰生物传感器的研究提供了重要的参考资料。发表论文9篇(影响因子大于5.0刊物5篇)，专利2项。培养研究生11名，其中，4名硕士研究生已毕业，5名硕士研究生在读，2名博士研究生在读。