基于切刻内切酶的核酸信号放大技术用于蛋白及DNA修饰酶的荧光检测

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对特定核酸序列进行扩增,是分子生物学中的一项基本技术,随着分子生物学的发展,以及生物化学、生物物理学等交叉学科在分子生物学领域的广泛应用,涌现了许多新的核酸扩增技术,如聚合酶链式反应(PCR)、滚环扩增技术(RCA)、链置换放大技术(SDA)等。基于核酸切刻内切酶的核酸放大方法最为一种新型的链置换放大技术已经被越来越多的研究者所关注。该方法主要建立在核酸切刻内切酶以DNA双链为识别序列,但只切割其中的一条单链的特殊功能上。该放大方法的原理是,在核酸切刻内切酶切刻形成的裂口处,通过聚合酶的作用以dNTPs为原料从裂口处的3’端聚合延伸,置换出等位的DNA链,由此又形成了新的完整的含有切刻酶识别位点的DNA序列。这条双链再次被核酸切刻内切酶识别切割,进而开始“聚合-切刻”的循环,产生大量被置换下来的DNA单链。最后通过其他信号转换方式进行信号检测。该方法通过聚合-切刻循环,可以显著增强检测信号。基于上述方法,综合文献报道,本论文主要利用核酸切刻内切酶信号放大技术用于免疫分析以及对一些重要DNA修饰酶进行荧光检测,主要内容如下:(1)发展了一种基于核酸切刻内切酶核酸信号放大技术的免疫分析方法。该方法以人IgG为检测模型,首先利用酶联免疫技术的传统方法依次将羊抗人IgG抗体、人IgG和生物素标记的抗体固定在聚苯乙烯微孔板上,形成免疫夹心结构。然后通过生物素与亲和素的特异性结合反应,利用链霉亲和素将生物素标记的抗体和生物素修饰的引物探针链接起来,之后通过引物探针与模板杂交,并在聚合酶和核酸切刻内切酶的共同作用下进行切刻内切酶核酸信号放大反应。最后将核酸放大后的寡核苷酸单链与分子信标杂交,从而通过检测荧光来测定目标抗原的浓度。该方法将传统的酶联免疫技术与新型的切刻内切酶核酸信号放大技术结合起来,具有高效,灵敏度高等优点,其检测下限大0.1ng/mL。(2)基于切刻内切酶核酸信号放大技术,开发了一种对磷酸酶检测的方法。该方法以T4多聚核苷酸激酶(T4PNK)为研究模型,对其DNA3’端磷酸酶活性进行监测。利用一条3’端带有磷酸基团且具有发夹结构的探针,通过T4PNK将其3’端磷酸基团修复成羟基,触发DNA聚合酶聚合延伸,从而启动切刻内切酶核酸信号放大。经过切刻循环放大产生的大量单链DNA与分子信标杂交,打开分子信标产生荧光信号。通过荧光信号的强度对T4PNK的磷酸酶活性其进行定量检测。该方法操作便捷,灵敏度高,其检测下限达到0.167U/mL。(3)基于核酸切刻内切酶信号放大技术,提出了一种对糖基化酶进行非标记荧光检测的方法。该方法以尿嘧啶DNA-糖基化酶(UDG)为检测模型。通过一条DNA单链与另一条含有尿嘧啶碱基和切刻内切酶识别位点的发卡状底物探针部分杂交,形成的双链DNA作为UDG作用的底物。由于UDG的作用,尿嘧啶碱基从DNA骨架上移除,从而使得双链底物探针的解链温度降低,在实验条件下解链。释放出的底物探针3’端形成发卡结构,在DNA聚合酶、切刻内切酶以及dNTPs的共同作用下触发切刻内切酶核酸信号放大过程。核酸放大过程产生大量的富鸟嘌呤DNA单链,在K~+的辅助作用下形成G-四螺旋结构,通过N-甲基卟啉二丙酸IX染料(N-Methyl mesoporphyrin IX, NMM)嵌入G-四螺旋结构产生荧光信号。该方法将糖基化酶的识别过程与切刻内切酶核酸信号放大技术有效地结合起来,并将G-四螺旋结构与对其有特异性的NMM染料结合,从而增强NMM荧光的方法引入该实验,显著地增强了检测灵敏度。发展的这种非标记荧光手段操作方便,可以高效、灵敏度的用于UDG的测定,其检测下限为2U/L。
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