納米孔測序發現DNA損傷的新策略

日期：2015-11-09 09:27:16

最近，美國猶他大學的化學家們，設計了一種新的方法來檢測DNA化學損傷，DNA損傷有時會導致基因突變，引發許多疾病，包括各種癌癥和神經系統疾病。相關研究結果發表在十一月六日的《Nature Communications》。

本文通訊作者、化學教授Cynthia Burrows說：“我們更進一步了解了導致遺傳疾病的化學機制。我們有一種標記和復制DNA損傷的方法，從而使我們能夠保存‘損傷在哪里以及是什么’的信息。”

本文第一作者、猶他大學的博士后Jan Riedl說，百分之99的DNA損傷——稱為A、C、G、T的化學堿基的損傷，可自然修復。其他的損傷可能導致基因突變，即堿基序列出了錯，并可能導致疾病。這種新方法可以識別和檢測到致病的病變位置。

Burrows說：“我們正在努力尋找致使細胞發生錯誤和突變的堿基化學變化。我們這種方法的強大之處在于，我們可以在相同的DNA鏈上，閱讀一個以上的損傷位點。”

化學家們說，他們的新方法將讓研究人員能夠研究DNA病灶或損傷的化學細節。這樣的病變，如果不自然修復，隨時間的積累會導致突變，引發許多與年齡有關的疾病，包括結腸癌、乳腺癌、肝癌、肺癌和黑素瘤皮膚癌；動脈阻塞；神經系統疾病如亨廷頓病和Lou Gehrig病。

Burrows和同事寫道：“這種方法能夠識別損傷出現的化學特性和位置，這對于確定這些疾病的分子病因，是至關重要的。”

檢測致病基因損傷的方法

DNA是一種分子，形狀像一個雙鏈螺旋結構，它包含了生物體用來發育、活動和繁殖的遺傳指令。每一條鏈由四個化學堿基（A、C、G、T）的大量拷貝構成，由一個由糖和磷酸鹽的骨架連接起來。當兩股連接成雙螺旋結構時，只有兩種堿基對能形成C-G（或G-C）和A-T（或T-A）。

研究人員將發現病灶的新方法，與其他現有的技術相結合。首先，研究人員發現損傷，并以細胞自然修復的方式將其從DNA上切割出來，用所謂的“堿基切除修復”，英國科學家Tomas Lindahl因為這一發現獲得了今年的諾貝爾化學獎。

其次，研究人員將一個“非自然堿基”插在剪斷了的DNA損傷部位，對其進行標記。猶他大學的研究人員沒有使用天然堿基對A-T和C-G，而是使用所謂的第三堿基對或非自然的堿基對——由斯克里普斯研究所的化學家發明。Burrows說，她的研究是這一發明的第一個實用使用。

第三、用一個非自然的第三堿基，對具有損傷位點的DNA進行標記，然后用PCR方法進行擴增。Burrows說，這項新研究的創新點是，利用堿基切除修復來剪除損傷，然后在損傷位點插入人工堿基對，從而使我們能夠產生數百萬個DNA拷貝。

第四，另一個化學標簽，命名為18-crown-6 ether，被貼在所有DNA鏈上的不自然堿基對，然后用Burrows和猶他大學化學家Henry White幾年前發明的一種納米測序法，對它們進行讀取或測序。這種測序方法，通過讓DNA鏈穿過一種分子大小的小孔或納米孔，來確定一條DNA鏈上堿基的順序和位置——包括非天然堿基標記的損傷部位。

Burrows說：“人出生時就具有30億個堿基對組成的基因組，然后事情發生了。由于炎癥和感染、過多的代謝或環境化學物質，產生了許多氧化應激損傷。”

這種新方法，幫我們尋找了“我們基因組如何響應我們所吃的和我們所呼吸的空氣，并最終保持健康與不健康的分子細節”。