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基于质谱分析的核酸修饰研究

色谱-质谱分析；修饰核酸；化学衍生

DNA甲基化（5-methylcytosine, 5-mC）是一种重要的表观遗传修饰。5-mC除了存在于DNA中，也广泛存在于各种RNA中。DNA/RNA中的甲基化修饰一般是酶催化形成的，其正常含量和分布是维持生命活动的基础。由于核酸代谢降解产生游离核苷酸（包括甲基化核苷酸），如果这些内源性甲基化核苷酸被利用进行核酸的合成，那么核酸上的甲基化修饰分布会有很大的随机性，从而对基因调控等多种生理产生不利影响。在本工作中我们利用课题组前期发展的化学标记-质谱分析的方法[1]，建立了同时分析包括两种甲基化修饰的核苷酸在内的10种单磷酸核苷酸的高灵敏方法[2]。利用该方法，我们在人体肾组织、尿样和多种培养细胞中均检测到了甲基化修饰胞嘧啶单磷酸核苷酸（5-Me-dCMP和5-Me-CMP）。我们进一步的合成了含有重氮集团的8-DMQ (8-(diazomethyl)quinolone)试剂，该试剂可以在温和条件下和三磷酸核苷酸上的磷酸根集团进行高效反应（Figure 1A）[3]。8-DMQ试剂标记后，由于增强了离子化效率和在反相色谱柱上的保留，因此显著提高了质谱分析灵敏度。利用8-DMQ试剂标记结合质谱分析，我们成功的在体内发现包括甲基化修饰三磷酸核苷酸（5-Me-dCTP和5-Me-CTP）在内的12种新型修饰核苷酸。基于此系列研究工作，我们提出了生命体中存在除了通过酶催化的DNA/RNA修饰途径之外，还可能存在通过利用体内游离的修饰三磷酸核苷酸，在DNA复制和RNA转录过程中进行修饰的新途径（Figure 1B）。