题名哺乳动物DNA表观遗传修饰的高灵敏分析及其应用研究
作者莫杰珍
答辩日期2020-06
文献子类博士
授予单位中国科学院生态环境研究中心
授予地点北京
导师汪海林
关键词碳酸氢铵 Dna胞嘧啶修饰 肝组织 5hmc ,肝癌 N6 甲基腺嘌呤 Ammonium Bicarbonate, Dna Cytosine Modification, Liver 5hmc, Hepatocellular Carcinoma, N6-methyladenine
学位名称理学博士
其他题名Highly Sensitive Detection of DNA Epigenetic Modifications in Mammal and Its Applications
学位专业分析化学
英文摘要

       DNA胞嘧啶 甲基化 及其氧化产物 是重要的表观遗传标记。 为了阐明 它们的生理 、病理 作用 与 功能 DNA胞嘧啶修饰 的 准确定 量 分析 是 一种 特别重要、关键的手段 。 超高效液相色谱 -串联质谱( UHPLC-MS/MS)是 现代 科学 中最为可靠、准确的分析技术 。 论文 围绕 UHPLC-MS/MS的 分析方法发展以及 在 医学与生物学 基础研究中的应用而展开。
      首先发展 了 低 基质 干扰 的 UHPLC-MS/MS分析 方法。 UHPLC-MS/MS的 检测 性能在很大程度上取决于目标分析物的电离或质子化 效率 。 我们发现 DNA酶解 缓冲液和 共洗脱 的、 高丰度 胞 苷 可 极大地抑制 5-羟甲基胞嘧啶( 5hmC)的质子化。 在 UHPLC流动相中加入 碳酸氢铵可消除这两个因素引起的 质子化 抑制作用。从机理上 分析 ,碳酸氢铵可以 有效 地将质子转移到目标核苷,并增加了目标核苷气相的质子化能力。 根据 这些发现,我们开发了一种 低 抑制 、 灵敏且稳定的UHPLC-MS/MS分析方法,可检测 DNA胞嘧啶修饰,包括 5-甲基胞嘧啶 、 5-羟甲基胞嘧啶和 5-醛甲 基胞嘧啶。通过 30次连续 重复 分析, 5hmC和 5fC峰面积的相对标准偏差( RSD)分别为 2.0%和 3.2%。 根据此结果 毋需 稳定同位素标记的标准品 校准 可实现 准确 定 量分析 。
       利用开发的UHPLC-MS/MS分析方法, 进一步对不同 年龄 的 C57BL/6N小鼠 26个组织中的 DNA胞嘧啶修饰进行了分析。 结果 表明 ,只有 肝脏 基因组 DNA 5hmC的 丰度 随着 成年小鼠 年龄增加 而增加 ,这表明肝脏 5hmC可能是成年小鼠年龄的潜在指标。
        采用该分析方法, 对 肝癌 病人 肝组织 基因组中 5mC及其 氧化衍生物的 丰度进行了分析 ,并探讨了 胞嘧啶 修饰与肝癌相关性 潜在 的 机制。 结果发现 ,与癌旁组织相比, 肝癌组织中 5hmC和 5fC含量均显著降低。值得注意的是,在肝癌的BCLC分型中从 0到 A期时 5fC的 含量持续下降。 另外 研究表明, 肝癌中5mC 5hmC和 5fC的降低与 HBV感染有关 ,并与TETs酶的酶活下降有一定 相关性 。
       DNA N6-甲基腺嘌呤( 6mA)在细菌中是高丰度的修饰,但文献报道的哺乳动物 6mA数据差别 非常大,存在 严重 的争议。为了解决 这一科学争议,我们 使用开发的高灵敏 、 准确的 UHPLC-MS/MS分析方法, 预期 可筛选与鉴定出含 DNA 6mA组织。为此 我们 分析 C57BL/6N小鼠 28个 组织(包括脑部 13个分区 )中的 6mA。 结果 表明 6mA修饰在小鼠中具有高度组织特异性 。 特别 令人 注意的是, DNA 6mA在小鼠骨髓细胞( Bone Marrow Cells, BMCs)中 的 丰度 比 其它组织 高 2-3个 数量级 。 进一步 发展 了 简单 、 方便 、 省时的梯度密度离心 方法 可 将BMCs分离 为 六个细胞 组分 。在这六个细胞 组 分 中,我们发现 6mA含量随着胞嘧啶修饰的降低( 5mC 5hmC 5fC)而 显著 增加,这意味着 6mA的生物学功能和 DNA胞嘧啶修饰可能 存在着 逆 相关 。更重要的是,我们观察到,雄性和雌性小鼠的每个细胞 组 分的 6mA总体水平随着年龄的增长而 显著 增加,而 在 其 它组织 中 6mA水平没有 显著 变化 。 6mA在第五个 细胞 组分 (细胞密度为 1.090g/mL到 1.110g/mL之间) 中 含量 占总 dA的 水平是 其他组织的 300倍) 是目前我们 所发现的 6mA水平最高的细胞组分。综上所述 ,我们首次确定了小鼠骨髓细胞中 存在生理 相关的 DNA 6mA。

页码120
内容类型学位论文
源URL[http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/43623]  
专题生态环境研究中心_环境化学与生态毒理学国家重点实验室
推荐引用方式
GB/T 7714
莫杰珍. 哺乳动物DNA表观遗传修饰的高灵敏分析及其应用研究[D]. 北京. 中国科学院生态环境研究中心. 2020.
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