DNA脱碱基位点的检测与应用.pdf

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1、第4l卷分析化学(FENXIHUAXUE)特约来稿第7期2013年7月ChineseJournalofAnalyticalChemistry965～972一特一DOI：10．3724／SP．J．1096．2013．21001DNA脱碱基位点的检测与应用李敏杰吴一萍张斌田郭良宏(中国科学院生态环境研究中心，北京100085)(齐齐哈尔大学，齐齐哈尔161006)摘要脱碱基位点是一种常见的DNA损伤，源于Ⅳ-糖苷键断裂而使碱基脱落。辐射、烷基化试剂和一些抗癌药物等可能会造成碱基脱落，因此脱碱基位点作为标志性损伤能够帮助疾病早期筛查、药物毒副作用评价、环境污染物毒性评价等。目前已有不同的检

2、测方法用于脱碱基位点的定量、定性分析，包括P后标记法、LC—MS、ELISA及化学探针检测法等。另一方面，由于脱碱基位点在双链DNA内形成疏水空腔，能够结合小分子，使得脱碱基位点作为结合位点被用于小分子检测、构建适配体传感器及SNP检测。本文简要概述目前为止对DNA脱碱基位点的化学探针检测法研究进展以及含有脱碱基位点DNA的应用研究进展，并展望其发展趋势。关键词DNA损伤；脱碱基位点；化学探针；DNA传感器；评述1引言DNA是生物体赖以生存和繁衍的遗传信息载体，DNA分子的完整性对生物体生存、正常繁衍至关重要。然而，外界环境和生物体内部因素经常会导致DNA分子损伤或变异。脱碱基位点是

3、一种常见的DNA损伤，可能产生途径：(1)生理条件下由DNA的Ⅳ一糖苷键自发水解可以形成内源性碱基脱落，其数量可达每个哺乳动物细胞每个周期约10个；(2)外源性损伤剂如uV、离子辐射、烷基化试剂、某些抗癌药物等能够不同程度地造成碱基脱落形成脱碱基位点；(3)DNA修复酶剪切修饰／异常碱基的剪切修复(BER)过程中，也能形成脱碱基位点中间体。脱碱基位点如不能被及时、准确修复，会导致基因突变、细胞死亡，甚至引发机体癌变或遗传疾病¨'2；体外实验中显示脱碱基位点的存在能够强烈抑制DNA合成；噬菌体转染DNA出现脱碱基位点时会导致细胞毒性；在细菌的DNA执行复制转录时，有时候可以绕开脱碱基位

4、点，但由于碱基脱落处不能为复制、转录提供模板信息而极易导致突变_5]。因此，脱碱基位点的检测对于药物筛查、疾病的早期筛查和诊断、对环境污染物等的毒性评价具有重要意义。另一方面，由于脱碱基位点产生于正常碱基的缺失脱落，因此在双链DNA双螺旋结构中形成一个空腔，允许小分子进入其中，空腔的体积对进入的小分子具有一定的空间选择性。由于空腔位于双链核酸的内部，具有疏水特性。另外，脱碱基位点对面的碱基，由于失去了配对的碱基，重新具备了形成氢键的能力。因此，结构合适的小分子，能够在空腔内通过疏水和氢键作用，与核酸分子形成稳定的复合物。脱碱基位点的以上特性，使之被应用于小分子检测、核苷酸／sNP检测

5、以及适配体生物传感器构建等方面的研究工作中。本文综合介绍迄今为止检测DNA脱碱基位点的化学探针检测方法，归纳总结DNA脱碱基位点在构建小分子检测元件和生物传感器等方面的应用，并作以展望。2DNA脱碱基位点的化学探针检测法大量脱碱基位点的检测方法包括。。P后标记法、LC．MS、ELISA等方法被用于基因中脱碱基位点的检测。P后标记法具有灵敏度高、特异性好的优点，但也存在操作复杂且具有放射性的缺欠；LC—MS结2012-l08收稿；2013~2—18接受本文系国家自然科学基金(No．21005041)、教育部留学回国人员科研启动基金、黑龙江省留学归国人同科学基金(No．LC201019)

6、、黑龙江省教育厅海外学人科研启动基金(No．1155h016)资助}E—mail：lhguo@rcee$．ac．cn分析化学第4l卷果准确、可靠，但对待测样品的前处理要求高，且需要专业人员进行大型仪器操作等。相比之下，ELISA检测法操作简单，仪器价格低，但由于所用抗体对结构相似的物质一般有交叉反应，降低了检测的特异性。20世纪90年代初发展起来的化学探针法某种原因，因为操作步骤简单、特异性强，且灵敏度合适，成为目前脱碱基位点检测的主要研究方法之一。化学探针根据不同作用机理可分属为共价反应型探针及非共价作用探针两大类。共价反应探针，是利用化学反应将标记分子与脱碱基位点共价联接的一类探

7、针。例如脱碱基位点及其氧化衍生物结构中的醛基基团，能够与氨基基团发生缩合反应，形成稳定的共价结构。基于这个氨醛缩合反应，可合成一端具有氨基基团、另一端为标记基团的共价反应型探针分子，实现脱碱基位点的标记。非共价作用探针，是依靠探针与核酸分子之间的氢键、静电引力、碱基堆积力等弱相互作用力，使探针分子能够进入脱碱基位点，由此改变探针分子的物理信号(吸光度、荧光、电化学等)，从而实现对脱碱基位点识别的探针类型。2．1共价反应探针碱基脱落后的脱氧核糖残基脱碱基位点