近日，武漢大學(xué)與北京大學(xué)科研團(tuán)隊合作攻堅

在核酸修飾化學(xué)標(biāo)記領(lǐng)域取得重要突破

破解了TAPS測序中

5caC轉(zhuǎn)化為DHU的反應(yīng)機(jī)理

并基于此提出新標(biāo)記策略

首次驗證了

人胚胎干細(xì)胞的DNA中含有5caC修飾

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近日，國際化學(xué)領(lǐng)域頂尖期刊《美國化學(xué)會志》（J. Am. Chem. Soc.），以內(nèi)封面文章發(fā)表了由武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院劉藝斌教授課題組、周翔教授課題組與北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院余志祥教授課題組合作完成的最新研究成果。

該論文題為“Mechanistic Insights into the Borane-Mediated Conversion of 5-Carboxylcytosine to Dihydrouracil in DNA Enable an Efficient Labeling Method Using Alkoxyamines”。武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院博士生丁聰、碩士生王子鵬與北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院博士生李冰文為論文共同第一作者，劉藝斌教授、周翔教授和余志祥教授為共同通訊作者，武漢大學(xué)為第一署名單位。

DNA胞嘧啶的化學(xué)修飾在基因表達(dá)調(diào)控、癌癥發(fā)生發(fā)展等生命過程中扮演著重要角色。TET輔助的吡啶硼烷測序(TAPS)是一種新興的胞嘧啶修飾單堿基分辨率檢測的方法，然而其依賴的關(guān)鍵化學(xué)反應(yīng)5-羧基胞嘧啶(5caC)在吡啶硼烷作用下轉(zhuǎn)化為二氫尿嘧啶(DHU)的機(jī)理尚不明確，限制了該技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化與應(yīng)用。

為攻克這一難題，研究團(tuán)隊綜合運用同位素標(biāo)記、底物衍生化、中間體捕獲等實驗手段，結(jié)合密度泛函理論（DFT）計算，成功揭示了5caC到DHU的轉(zhuǎn)化經(jīng)歷了“還原-脫羧-水解”三個步驟，并首次確認(rèn)了其中存在一個關(guān)鍵的二氫胞嘧啶（DHC）中間體。更為有趣的是，計算與實驗均證實DNA雙螺旋上相鄰的5caC之間存在著“底物催化”效應(yīng)，這一發(fā)現(xiàn)為該方法在雙鏈DNA上的高效轉(zhuǎn)化提供了堅實的理論依據(jù)。

基于對反應(yīng)機(jī)理的深刻理解，研究團(tuán)隊提出了一個巧妙的“機(jī)理指導(dǎo)的標(biāo)記策略”：通過引入高親核性的烷氧基胺，在反應(yīng)決速步DHC水解生成DHU的過程中，成功“攔截”了DHC中間體。這一新策略不僅極大地降低了反應(yīng)能壘、縮短了反應(yīng)時間，還高效地生成了可在測序中同樣被讀取為T的N4-取代二氫胞嘧啶（XDHC）。研究人員進(jìn)一步利用帶有“Click”化學(xué)接口的炔丙基羥胺，成功實現(xiàn)了對雙鏈DNA上5caC的高效富集與單堿基分辨率檢測，并通過點雜交實驗首次驗證了人胚胎干細(xì)胞（hESC）的DNA中含有5caC修飾。

該工作得到了國家自然科學(xué)基金和武漢大學(xué)科研啟動經(jīng)費的資助。武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院大型儀器共享平臺、武漢大學(xué)超算中心、北京大學(xué)高性能計算平臺為此工作的開展提供了有力的支持。

扎根學(xué)海，科學(xué)探秘

不懼險阻，心齊山移

兩?？蒲袌F(tuán)隊凝心聚力

于微觀世界深耕

讓化學(xué)規(guī)律顯形

展現(xiàn)科研人求真求索的不變初心

武大人將繼續(xù)奮斗

為科技強(qiáng)國事業(yè)貢獻(xiàn)力量

內(nèi)容來源：武漢大學(xué)新聞網(wǎng)

責(zé)編：魏子軒

審核：張佳寧