DNA甲基化转移酶活性的免标记电化学研究

陈丹萍,戴 宗

(中山大学化学与化学工程学院，广东广州510275)

DNA甲基化转移酶活性的免标记电化学研究

陈丹萍,戴 宗*

(中山大学化学与化学工程学院，广东广州510275)

DNA甲基化是指DNA在甲基转移酶（DNMTs）作用下，催化底物S-腺苷甲硫氨酸（SAM），转移一个甲基至胞嘧啶的C5位置，生成5-甲基胞嘧啶（5-mC）的过程。作为重要的表观遗传修饰方式之一，DNA甲基化与胚胎发育、染色体结构、基因印记等密切相关。异常甲基化修饰通常与人类各种疾病紧密联系，成为众多疾病的生物标记。深入研究DNA甲基化修饰形成及控制机制在疾病诊断、药物筛选、细胞重编程、全能细胞研究等方面具有重要意义。

DNA甲基化是一个可逆过程，其去甲基化机制目前还没有被完全了解。实现DNA甲基化修饰及控制的核心研究内容之一为对甲基化修饰过程中相关酶功能的研究。2014年，美国科学院院士，加州理工学院Jacqueline K.Barton教授课题组，在美国科学院院刊 （Proc.Natl.Acad.Sci., USA）上报道了一种独特的多路复用电化学检测系统，测定人类结肠肿瘤活性组织DNMT1酶活性[1]。该电化学检测平台包括两个电极阵列，每个阵列有15个电极，其中，被固定在底部电极阵列的DNA双链通过顶部电极中亚甲基蓝的电催化反应得到检测。该方法采用甲基化敏感性限制性内切酶将DNA甲基化状态转化为一种电信号。当甲基转移酶存在时，电极上半甲基化的DNA双链会被彻底甲基化，没有甲基转移酶存在的情况下，半甲基化的DNA双链无法进一步甲基化。因此，在加入甲基化限制性内切酶时，完全甲基化的电化学信号仍保持不变，而半甲基化状态的DNA双链将会被限制性内切酶剪切，使得电信号显著下降。

该双电极传感平台能够有效区分结肠肿瘤组织和邻近的健康组织，表现出较好的临床诊断应用前景。此外，该方法应用了免标记电化学检测技术，较好地克服了常规技术的局限性，并可结合其他限制性内切酶，进一步拓展到DNA甲基化修饰的其他衍生物的检测。如结合近期美国哈佛大学医学院 Yi Zhang教授课题组提出的DNA主动去甲基化的可能过程[2]，对DNA主动去甲基化途径中各种酶功能及活性的研究，加深对甲基化形成机制方面的理解。

（a）多复通路电化学检测平台检测DNA甲基转移酶活性的原理图。（b）多复通路电化学检测平台示意图。（c）5-甲基胞嘧啶主动去甲基化过程

[1]Furst A L,Muren N B,Barton J K,et al.Label-free electrochemical detection of human methyltransferase from tumors[J].Proc.Natl.Acad.Sci.USA,2014,111 (42):14985-14989.

[2]Kohli R M,Zhang Y.TET enzymes,TDG and the dynamics of DNA demethylation[J].Nature,2013,502 (7472):472-479.

国家自然科学基金资助项目（21175158,21422510）

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