化学修饰法调控核酸酶的序列选择性
结题报告
批准号:
21575008
项目类别:
面上项目
资助金额:
70.0 万元
负责人:
赵美萍
依托单位:
学科分类:
B0404.化学与生物传感
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
肖先金、吴曈勃、方思敏、翟筠秋、陈露
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中文摘要
人工定向基因修饰是基因工程技术的核心步骤,对特定核酸序列的定向识别和切割依赖于具有序列特异性的核酸工具酶。现有的限制性内切酶种类有限,而现行的用于人工构建新型序列特异性核酸酶的方法主要依赖于生物技术,制备周期长、产量低,影响因素复杂。本项目拟探索发展一种全新的通过对天然酶的体外化学修饰构建序列特异性核酸工具酶的方法。方法的基本原理是利用骨架被化学修饰保护的单链DNA或RNA作为惰性模板序列,分别与天然非限制性核酸内切酶DNase I或RNase A结合形成稳定的核酸酶@惰性模板链复合物。该复合物中酶的活性只有在遇到该模板序列的互补DNA或RNA序列时才被开启,将互补序列水解,而对体系中共存的其他DNA或RNA序列基本没有影响。项目将系统研究复合物的制备方法和获得序列特异性的分子机理,并尝试应用于细胞中目标RNA的原位切割和植物基因组DNA的选择性切割,为生命科学研究提供重要的方法和技术。
英文摘要
Sequence specific nucleases are important enzymatic tools for processing nucleic acids in a predictable and reproducible way. Restriction enzymes are the most commonly used sequence specific nucleases. However, available restriction enzymes could only recognize and cut a limit number of specific sequences. Recombination of sequence-specific nucleases has proven successful, but depending on labor-intensive biological approaches. In this project, we propose a new strategy for regulating the sequence specificity of nucleases via chemical modification. The basic principle is to modify the native non-specific nucleases with chemically synthesized idle template strand so as to induce desired sequence specificity of the nucleases. DNase I and RNase A will be used as the native nucleases, respectively. By changing the sequences of the idle template strand, the sequence specificity of the obtained nuclease@idle-template complex can be flexibly tuned for different target strands. The mechanism for the sequence specificity of the complex will be investigated in detail. The method will be applied to cleave intracellular RNA in situ. Furthermore, the feasibility of the approach for selective cleavage of a short fragment of DNA sequence within genomic DNA will also be tested. The results of this project will offer very useful tools for biological research and genetic engineering field.
对基因组DNA进行特异性定点切割依赖于高效、易得、序列选择性好且可靠通用的分子剪切工具。传统的限制性内切酶种类十分有限,基于蛋白重组构建序列特异性核酸酶的方法制备周期长、产量低,影响因素复杂。CRISPR-Cas9作为一项新兴技术近几年发展迅速,但该技术仍依赖于在目标DNA序列的下游区域包含一段特定的PAM 序列,在一定程度上限制了其通用性。另外,该技术对目标序列中含有单个错配碱基的容忍度较高,导致对点突变目标序列的区分能力有限。本项目发展了一种全新的通过惰性模板硫磷酰化DNA(S-DNA)单链诱导天然非限制性核酸内切酶DNase I获得序列选择性的方法。所构建的sgDNase体系具有单碱基特异性区分能力,只快速切割与S-DNA完全匹配的互补单链,而对体系中共存的其他DNA序列,即使互补区域只有一个碱基错配,水解速率也急剧下降。利用这一特性,本项目构建了针对EGFR、KRAS、BRAF和PIK3CA等突变发生率较高的基因热点突变区域的sgDNase体系,优化获得了最佳组成和制备条件。在此基础上,建立了一套完整的基于选择性消除野生链背景干扰的超高灵敏基因突变检测平台。经过sgDNase处理过的基因组样品,突变链所占的比例显著提高,后续可以根据需要衔接各种检测方法。采用最简单的Sanger测序法即可测出丰度低至0.005-0.01%的突变的存在。与二代测序(NGS)联用,可实现30种以上与疾病密切相关的基因突变的同时高灵敏多重检测。该方法还可与数字液滴PCR(ddPCR)联用,经sgDNase一轮处理,即可实现丰度低至0.1 ppm的基因突变的定量检测。本项目的研究成果是核酸剪切工具开发和基因突变检测领域的重大突破,在临床诊疗特别是液体活检和皮肤活检等领域具有良好的应用前景。所开发的sgDNase基因剪切工具在兴奋剂检测、基因工程等方面也都具有潜在的应用价值。项目迄今共正式发表研究论文10篇,均为SCI收录的国际期刊论文,影响因子都在6.0以上。项目共申请发明专利3项,已获正式授权1项。共培养博士研究生7名,其中4名已毕业并获得博士学位。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DNA terminal structure-mediated enzymatic reaction for ultra-sensitive discrimination of single nucleotide variations in circulating cell-free DNA.
DNA 末端结构介导的酶反应,用于超灵敏辨别循环游离 DNA 中的单核苷酸变异
DOI:10.1093/nar/gkx1218
发表时间:2018-02-28
期刊:Nucleic acids research
影响因子:14.9
作者:Wu T;Chen W;Yang Z;Tan H;Wang J;Xiao X;Li M;Zhao M
通讯作者:Zhao M
A branch-migration based fluorescent probe for straightforward, sensitive and specific discrimination of DNA mutations.
基于分支迁移的荧光探针,可直接、灵敏且特异性地区分 DNA 突变
DOI:10.1093/nar/gkx117
发表时间:2017-06-02
期刊:Nucleic acids research
影响因子:14.9
作者:Xiao X;Wu T;Xu L;Chen W;Zhao M
通讯作者:Zhao M
DOI:10.1016/j.trac.2016.03.020
发表时间:2016
期刊:Trac-Trends in Analytical Chemistry
影响因子:--
作者:Dong Jiantong;Zhao Meiping
通讯作者:Zhao Meiping
A specific DNA-nanoprobe for tracking the activities of human apurinic/apyrimidinic endonuclease 1 in living cells.
一种用于追踪活细胞中人脱嘌呤/脱嘧啶核酸内切酶 1 活性的特定 DNA 纳米探针
DOI:10.1093/nar/gkw1205
发表时间:2017-04-07
期刊:Nucleic acids research
影响因子:14.9
作者:Zhai J;Liu Y;Huang S;Fang S;Zhao M
通讯作者:Zhao M
Target-triggered transcription machinery for ultra-selective and sensitive fluorescence detection of nucleoside triphosphates in one minute
目标触发转录机制,可在一分钟内对三磷酸核苷进行超选择性和灵敏的荧光检测
DOI:10.1016/j.bios.2017.09.030
发表时间:2018-02-15
期刊:BIOSENSORS & BIOELECTRONICS
影响因子:12.6
作者:Dong, Jiantong;Wu, Tongbo;Zhao, Meiping
通讯作者:Zhao, Meiping
多聚泛素的精确分子印迹方法研究
  • 批准号:
    22374002
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    赵美萍
  • 依托单位:
基因组DNA序列中缺碱基位点的精确定位和高灵敏定量分析方法研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    赵美萍
  • 依托单位:
活细胞的细胞核内DNA损伤修复酶的原位荧光成像方法及活性调控分子机理研究
  • 批准号:
    21974005
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    赵美萍
  • 依托单位:
分步表面印迹法精确制备人工受体纳米材料及其应用
  • 批准号:
    21775009
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    赵美萍
  • 依托单位:
活细胞内核酸修复酶的实时荧光成像方法研究
  • 批准号:
    21375004
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    85.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    赵美萍
  • 依托单位:
在体、实时监测神经元分泌雌激素及相关活性物质的方法研究
  • 批准号:
    91132717
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    80.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    赵美萍
  • 依托单位:
基于蛋白核心识别元件的均相上转换纳米荧光生物传感方法研究
  • 批准号:
    21175007
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    赵美萍
  • 依托单位:
核酸酶分析及其应用中通用指示探针系统的研究
  • 批准号:
    20775006
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    35.0万元
  • 批准年份:
    2007
  • 负责人:
    赵美萍
  • 依托单位:
超小分子化合物(Mr<100 Da)具有半抗原性的化学基础和应用研究
  • 批准号:
    20675006
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    28.0万元
  • 批准年份:
    2006
  • 负责人:
    赵美萍
  • 依托单位:
新型免疫亲和吸附剂的制备和分析应用
  • 批准号:
    20305002
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万元
  • 批准年份:
    2003
  • 负责人:
    赵美萍
  • 依托单位:
国内基金
海外基金