基于液相CH3-HS疏水结构域表征和PNA侵袭特性为基础的DNA甲基化定量分析关键技术研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81873982
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    57.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H2606.检验医学研究新技术与新方法
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Quantitative analysis of methylation is the key technique for accurate assessment of DNA methylation bias. Currently, the bisulfite-sequencing technology has been used for the detection of genome methylation, but it has some shortcomings such as the requirements of a deep-sequencing, incomplete conversion and big data analysis. The MSRE analysis was limited by the RE recognition sequence, therefore, the number of 5mC sites could not be precisely quantified with this technique. Our previous research showed that the molecular characterization of methylated DNA would change into hydrophobic grouping CH3- in liquidoid, and form a CH3-core hydrophobic sphere. .Therefore, in this study, we intend to establish an electrochemical analytic technique for exact quantitative DNA methylation level based on the liquidoid characteristic of CH3-hydrophobic sphere structure, the electroneutral backbone pcPNA would be used to capture target DNA chain which methylation status is designed at different amount sites. On the electrode surface, the distribution density of the target CH3-hydrophobic sphere is different in the membrane microenvironment and the space resistance of the surface reaction medium is also different. Based on this mechanism, the electrochemical mathematical model was constructed for quantitative detection of DNA methylation level (5mC sites). Then, deeply parse response mechanism of pcPNA electrochemical analysis in liquid phase. With the development, the different amount sites methylation on dsDNA would be studied based on the pcPNA as probe with the characteristic of the double helix invasion. .Through this project, we hope to construct a novel original technical of Quantitative analyzing DNA methylation level, which would support the research of epigenetic and clinical quantitative detection of DNA methylation bias. On the other hand, the related basic theory will be clarified such as the optimum base spacing for electrochemical analysis of DNA methylation.
甲基化定量分析是精确评估DNA甲基化偏倚的关键技术。目前的基因组Bisulfite-Seq分析存在测序深度、转换效率和庞大数据分析等不足;MSRE分析引物设计受RE识别序列限制更不能精确定量5mC位点数量。本项目在对甲基化DNA结构分析和项目组前期研究证实,甲基化DNA液相条件下形成以CH3-为内核的疏水球这一物化特性基础上,利用pcPNA捕获不同位点甲基化的靶序列DNA后,靶序列CH3-疏水球在电极表面膜微环境分布的密度与对膜表面反应介质的空间位阻差异,建立DNA 5mC位点数量与电化学响应数学模型,达到精确定量DNA甲基化水平的目的。并在深入解析pcPNA电化学传感液相响应机理基础上,利用pcPNA双螺旋侵袭特性,进一步探索dsDNA甲基化定量分析的可行性和基础参数。通过研究,拟为表观遗传和临床甲基化定量检测建立一种原创性的新的技术手段,同时阐明甲基化电化学分析碱基最适间距等基础理论。

结项摘要

甲基化定量分析是精确评估DNA甲基化偏倚的关键技术。目前的基因组Bisulfite-Seq分析存在测序深度、转换效率和庞大数据分析等不足;MSRE分析引物设计受RE识别序列限制更不能精确定量5mC位点数量。本项目在对甲基化DNA结构分析和项目组前期研究证实,甲基化DNA液相条件下形成以CH3-为内核的疏水球这一物化特性基础上,利用捕获探针捕获不同位点甲基化的靶序列DNA后,靶序列CH3-疏水球在电极表面膜微环境分布的密度与对膜表面反应介质的空间位阻差异,建立DNA 5mC位点数量与电化学响应数学模型,达到精确定量DNA甲基化水平的目的。我们的研究结果显示,与非甲基化的DNA序列相比,甲基化的DNA序列很容易被PNA探针入侵,从而导致链置换位移和显著的电信号,具有不同甲基化位点数量的目标DNA序列,因tohlod链置换会导致置换效率的显著变化,根据相应的峰值电流响应关系来分析相应的甲基化,目标DNA浓度在10-14M至10-7M范围内时具有良好的线性关系,回归方程为I=0.8671 LogC(μM)+7.775,相关系数R为0.9904,该方法的检测限为0.075 pM;接下来构建AuNPs/g-C3N4@rGO三元纳米复合材料的电化学生物传感器,用于特定序列DNA甲基化定量分析研究,在10-17M到10-8M的范围内靶序列的浓度与电响应信号的大小呈现良好的线性关系,最低检测限达到了8.6 aM;在此基础上,进一步利用三条特殊设计的类回形ssDNA序列合成DNA三棱柱结构(3D-TPN)纳米材料,以实现对甲基化靶序列的捕获,构建DNA纳米材料的光电化学生物传感器用于DNA甲基化位点数量分析,在最优实验条件下可检测到的DNA甲基化位点数为7,甲基化位点数与光电响应值有良好的线性关系,回归方程为∆I=-0.0047+4.01141×N,相关系数R2为0.9997,同时,构建的光电化学传感器也可拓展应用于其他DNA靶序列的检测;另外还拓展了多模态甲基化5mC和6mA光电化学传感定量分析技术,在最适实验条件下,m6A-RNA靶序列浓度与电流强度的关系为I(nA)=282.02+17.495*logC (R2=0.995),m5C-RNA靶序列浓度与电流强度关系为I(nA)=561.72+48.154*logC (R2=0.994),最低检测限分别为1.96 fM 和7.37。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
基于三维刚性 DNA桥式纳米探针的 DNA甲基化光电化学传感器的制备和效果评价
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    陆军军医大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    朱垂雨;黄 辉;李 艳;方立超;汪莉娜;刘华敏;李承红;曾 涛;郑峻松
  • 通讯作者:
    郑峻松
Electrochemical Biosensor for DNA Methylation Detection through Hybridization Chain-Amplified Reaction Coupled with a Tetrahedral DNA Nanostructure
通过与四面体 DNA 纳米结构耦合的杂交链放大反应检测 DNA 甲基化的电化学生物传感器
  • DOI:
    10.1021/acsami.8b20144
  • 发表时间:
    2019-01-30
  • 期刊:
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Chen, Xi;Huang, Jian;Zheng, Junsong
  • 通讯作者:
    Zheng, Junsong
A novel fluorescent biosensor based on dendritic DNA nanostructure in combination with ligase reaction for ultrasensitive detection of DNA methylation
一种基于树状DNA纳米结构并结合连接酶反应的新型荧光生物传感器,用于超灵敏检测DNA甲基化
  • DOI:
    10.1186/s12951-019-0552-5
  • 发表时间:
    2019-12
  • 期刊:
    Journal of Nanobiotechnology
  • 影响因子:
    10.2
  • 作者:
    Shu Zhang;Jiang Huang;Jingrun Lu;Min Liu;Yan Li;Lichao Fang;Hui Huang;Jianjun Huang;Fei Mo;Junsong Zheng
  • 通讯作者:
    Junsong Zheng
Dual-signal amplified photoelectrochemical assay for DNA methyltransferase activity based on RGO-CdS: Mn nanoparticles and a CdTe@DNA network
基于 RGO-CdS: Mn 纳米粒子和 CdTe@DNA 网络的 DNA 甲基转移酶活性双信号放大光电化学测定
  • DOI:
    10.1016/j.snb.2019.127266
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Sensors & Actuators: B. Chemical
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Jing Luo;Lichao Fang;Huamin Liu;Quanjing Zhu;Hui Huang;Jun Deng;Feixue Liu;Yan Li;Junsong Zheng
  • 通讯作者:
    Junsong Zheng
3D matrixed DNA self-nanocatalyzer as electrochemical sensitizers for ultrasensitive investigation of DNA 5-methylcytosine
3D 基质 DNA 自纳米催化剂作为电化学敏化剂,用于 DNA 5-甲基胞嘧啶的超灵敏研究
  • DOI:
    10.1016/j.aca.2020.10.064
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Anal Chim Acta
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Quanjing Zhu;Haoyang Yang;Jing Luo;Hui Huang;Lichao Fang;Jun Deng;Chenghong Li;Yan Li;Tao Zeng;Junsong Zheng
  • 通讯作者:
    Junsong Zheng

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其他文献

基于微流控芯片的体外血脑屏障模型构建
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国生物工程杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    蒋丽莉;郑峻松;李艳;邓均;方立超;黄辉
  • 通讯作者:
    黄辉

其他文献

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郑峻松的其他基金

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    56.0 万元
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  • 批准年份:
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    22.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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