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环境污染物暴露的DNA和组蛋白表观遗传标志物的纳米孔道单分子研究

批准号:
22106066
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
胡正利
依托单位:
学科分类:
环境分析化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
胡正利

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
环境污染物暴露诱导表观遗传失调会驱动异常的转录程序,促进肿瘤等多种疾病的发生和进展。精准测量环境污染物暴露的表观遗传标志物对于准确理解环境与基因组互作在疾病发生中的作用机制具有重要意义,已成为环境化学和生命分析科学领域的研究热点。DNA甲基化和组蛋白修饰是环境致癌物早期接触暴露的表观遗传标志物,常用分析方法通常获取大量分子的整体平均性质,难以准确识别分子个体的表观遗传差异。因此,针对环境污染物暴露的DNA和组蛋白表观遗传标志物精准测量这一研究需求,本项目拟设计构建多个灵敏位点协作的Aerolysin生物纳米孔道单分子测量体系,获取大量具有明显阻断和频率特征的单分子时序离子电流信号;进一步,开发纳米孔道单分子数据智能分析算法,精准解析DNA和组蛋白表观遗传修饰类型与程度,建立准确识别多种表观遗传标志物的纳米孔道单分子研究方法,为阐明环境污染对健康损害的表观遗传作用分子机制提供新线索。
英文摘要
Epigenetic dysregulation induced by environmental pollutant exposures can drive abnormal transcription of genes, promoting the occurrence and progression of tumors and other related diseases. Accurate measurement of the epigenetic markers of environmental pollution exposure has become the research frontier in the fields of environmental chemistry and life science, which is of great significance for precisely understanding the interaction mechanism of environment and genome in the occurrence of diseases. DNA methylation and histone modification are new biomarkers for early exposure of environmental carcinogens. Traditional analysis methods usually obtain the ensemble properties of a large number of molecules, and has difficulty in accurately identifying the epigenetic differences of individual DNA and histone molecules. Therefore, in order to achieve single-molecule precise measurement of epigenetic markers of environmental pollutant exposures, this project plans to design and construct aerolysin nanopore interfaces with multiple sensing sites to obtain ionic current signals of single molecules with obvious blocking and frequency characteristics. Furthermore, an intelligent analysis algorithm will be developed to accurately analyze nanopore data to determine the type and degree of DNA and histone epigenetic modifications. A nanopore-based single-molecule method will be established for precise identification of multiple epigenetic modifications, providing new insights into understanding molecular mechanism of the epigenetic effect of environmental pollution on health damage.
本项目针对环境表观遗传生物标志物精准测量的研究需求,重点开展了纳米孔道测量界面构筑、单分子信号快速准确识别以及高通量检测方法发展等研究。设计制备了高灵敏纳米孔道测量界面,发展了限域相互作用测量新机制,通过协同调控纳米孔道界面与单个限域多肽分子的相互作用,使得阻断时间延长了近10倍且同时增强了电流分辨能力,实现了多肽赖氨酸糖化、乙酰化竞争性修饰以及不同位点磷酸化修饰的准确识别;开发了单分子电流信号多维特征分析新策略,打破了长期以来依赖阻断电流、阻断时间2种常规参数进行纳米孔道分析的局面,将2种单甲基差异多肽的识别错误率降低了1倍,显著提高纳米孔道对分子量相似甚至相同的单分子信号的识别准确率,实现了DNA同分异构体以及单个甲基或氨基差异多肽突变体的分辨;探索构建基于新型电解质德纳米孔道高通量检测体系,为解决非均匀电荷分布生物分子测量难题提供新方案,其中电中性多肽捕获率增加至每分钟数百个信号,在分钟级别实现了蛋白质及磷酸化修饰变体的识别,为环境表观遗传生物标志物快速检测提供了新思路和新方法。
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