基于工具酶级联放大的DNA纳米结构电化学传感用于药物代谢基因CYP2C19分型检测的研究

Gene polymorphism of drug metabolizing enzyme CYP2C19 is related to the metabolism and therapeutic efficacy of various drugs, such as clopidogrel and proton pump inhibitors. Genotype detection of CYP2C19 is crucial for clinical precise medication. At present, CYP2C19 genotype detection method has some shortcomings, such as difficult to interpret and unsuitable for miniaturization, It is of great significance to establish a CYP2C19 genotype detection method with characteristic of intuitive interpretation, specificity and easily miniaturized. In previous study, we established an electrochemical sensor to specifically distinguish homozygous wild type and mutant type CYP2C19*2 based on Ligase chain reaction (LCR) and Polymeric horseradish peroxidase (Poly-HRP) signal amplification system. On this basis, this project aims to solve the problem that CYP2C19*2 heterozygous and homozygous types are not easy to distinguish in the previous research. Through electrochemical biosensor method, a sensitive, accurate, intuitive and stable inverted DNA nanostructure electrochemical sensor is constructed by organic combination of LCR nucleic acid amplification technology, the characteristics of lambda-Exo cleavage dsDNA and the properties of characteristic peaks of electroactive indicators to simultaneous detection of CYP2C19 genotype in clinical complex samples, and provide laboratory basis and scientific guidance for clinical precise "drug" therapy.

药物代谢酶CYP2C19基因多态性与多种药物的代谢和治疗效果有关，检测CYP2C19基因型对于临床精准用药至关重要。目前CYP2C19基因型检测方法存在不易判读、不适合微型化的缺点，建立一种直观判读、特异性强、易于微型化的CYP2C19基因型检测方法具有重要的临床意义。申请者前期建立了一种基于连接酶链式反应（LCR）和多聚辣根过氧化物酶信号放大体系的电化学传感器，能特异性区分CYP2C19*2的纯合野生型和突变型。本项目在此基础上，拟解决前期研究过程中CYP2C19*2杂合型和纯合型不易区分的问题，通过电化学生物传感方法，将LCR核酸扩增技术、Lambda核酸外切酶高效切割dsDNA的特性、电活性指示剂特征峰性质有机结合，构建一种灵敏、准确、直观、稳定的倒立型DNA纳米结构电化学传感器，实现临床样品中CYP2C19基因型的同时检测，为临床精准“药”疗提供实验室依据和科学指导。

CYP2C19是CYP450蛋白酶亚家族的重要成员，属于人体内一种十分重要的药物代谢酶。CYP2C19*2作为CYP2C19的重要等位基因突变位点，发生在G681A上，是中国人群中发生CYP2C19突变的主要根源，依据CYP2C19*2基因型指导个体化用药，可为早期药物治疗和药物不良反应监测提供十分重要的临床依据。本研究针对CYP2C19*2在临床样本检测时存在的实际难题，选用具有高度单碱基错配识别能力的热稳定连接酶（Ampligase）、不同特征氧化还原电位的电活性指示剂（亚甲蓝、二茂铁）、高效剪切dsDNA-PO4特性的Lambda核酸外切酶以及利用完美等位基因在对应连接酶链式反应中的主导性作用，构建了多种DNA电化学传感器用于CYP2C19*2等位基因分型的检测，主要研究工作如下：1. 基于连接酶链式反应和酶联免疫技术的电化学传感策略用于人全血中CYP2C19*2点突变高灵敏检测的研究，本方法具有高特异性的点突变检测能力，可从大量的WT中检测出极少量的MT（0.01%），在MT浓度1.0×10-14 M~1.0×10-10 M范围内，电流值与MT浓度的对数值呈良好的线性关系：I=-23760-1600.28lgCMT，R2=0.9963，检测限为0.5 fM；2. 基于连接酶链式反应与Lambda核酸外切酶辅助双重信号放大的电化学传感策略用于CYP2C19*2等位基因分型的研究，本方法可以明显区分CYP2C19*2的三种基因型，且实现了临床样品检测的“零背景”空白；3. 一种新型比例型连接酶链式反应电化学传感策略用于CYP2C19*2等位基因分型的研究，本方法依据完美碱基对在对应连接酶链式反应中的主导性作用，而摇摆碱基对为伴随性作用，首次利用非目标基因的非特异性扩增，通过两个连接酶链式反应系统中亚甲蓝和二茂铁的电流比值大小，实现了CYP2C19*2等位基因分型检测。本项目以上研究工作将为SNP相关疾病的诊断、电化学传感界面DNA自组装层密度的影响、摇摆碱基对特征的等位基因分型检测、临床实际样品电化学检测等方面提供新思路和借鉴、参考。

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