纳米孔测序发现DNA损伤的新策略
生物通 · 2015/11/11
最近,美国犹他大学的化学家们,设计了一种新的方法来检测DNA化学损伤,DNA损伤有时会导致基因突变,引发许多疾病,包括各种癌症和神经系统疾病。相关研究结果发表在十一月六日的《Nature Communications》。


最近,美国犹他大学的化学家们,设计了一种新的方法来检测DNA化学损伤,DNA损伤有时会导致基因突变,引发许多疾病,包括各种癌症和神经系统疾病。相关研究结果发表在十一月六日的《Nature Communications》。延伸阅读:科学家解开DNA修复的谜团。

本文通讯作者、化学教授Cynthia Burrows说:“我们更进一步了解了导致遗传疾病的化学机制。我们有一种标记和复制DNA损伤的方法,从而使我们能够保存‘损伤在哪里以及是什么’的信息。”

本文第一作者、犹他大学的博士后Jan Riedl说,百分之99的DNA损伤——称为A、C、G、T的化学碱基的损伤,可自然修复。其他的损伤可能导致基因突变,即碱基序列出了错,并可能导致疾病。这种新方法可以识别和检测到致病的病变位置。

Burrows说:“我们正在努力寻找致使细胞发生错误和突变的碱基化学变化。我们这种方法的强大之处在于,我们可以在相同的DNA链上,阅读一个以上的损伤位点。”

化学家们说,他们的新方法将让研究人员能够研究DNA病灶或损伤的化学细节。这样的病变,如果不自然修复,随时间的积累会导致突变,引发许多与年龄有关的疾病,包括结肠癌、乳腺癌、肝癌、肺癌和黑素瘤皮肤癌;动脉阻塞;神经系统疾病如亨廷顿病和Lou Gehrig病。

Burrows和同事写道:“这种方法能够识别损伤出现的化学特性和位置,这对于确定这些疾病的分子病因,是至关重要的。”

检测致病基因损伤的方法

DNA是一种分子,形状像一个双链螺旋结构,它包含了生物体用来发育、活动和繁殖的遗传指令。每一条链由四个化学碱基(A、C、G、T)的大量拷贝构成,由一个由糖和磷酸盐的骨架连接起来。当两股连接成双螺旋结构时,只有两种碱基对能形成C-G(或G-C)和A-T(或T-A)。

研究人员将发现病灶的新方法,与其他现有的技术相结合。首先,研究人员发现损伤,并以细胞自然修复的方式将其从DNA上切割出来,用所谓的“碱基切除修复”,英国科学家Tomas Lindahl因为这一发现获得了今年的诺贝尔化学奖。

其次,研究人员将一个“非自然碱基”插在剪断了的DNA损伤部位,对其进行标记。犹他大学的研究人员没有使用天然碱基对A-T和C-G,而是使用所谓的第三碱基对或非自然的碱基对——由斯克里普斯研究所的化学家发明。Burrows说,她的研究是这一发明的第一个实用使用。

第三、用一个非自然的第三碱基,对具有损伤位点的DNA进行标记,然后用PCR方法进行扩增。Burrows说,这项新研究的创新点是,利用碱基切除修复来剪除损伤,然后在损伤位点插入人工碱基对,从而使我们能够产生数百万个DNA拷贝。

第四,另一个化学标签,命名为18-crown-6 ether,被贴在所有DNA链上的不自然碱基对,然后用Burrows和犹他大学化学家Henry White几年前发明的一种纳米测序法,对它们进行读取或测序。这种测序方法,通过让DNA链穿过一种分子大小的小孔或纳米孔,来确定一条DNA链上碱基的顺序和位置——包括非天然碱基标记的损伤部位。

Burrows说:“人出生时就具有30亿个碱基对组成的基因组,然后事情发生了。由于炎症和感染、过多的代谢或环境化学物质,产生了许多氧化应激损伤。”

这种新方法,帮我们寻找了“我们基因组如何响应我们所吃的和我们所呼吸的空气,并最终保持健康与不健康的分子细节”。

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