ChemBioChem:核酸上的特异性化学反应

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核酸作为细胞内携带遗传信息的关键生物大分子,在生物体内指导蛋白质的合成,承担重要的生理功能。核酸复杂多样的结构在其生物学功能实现中起到决定性的作用。除基本的结构单元核苷酸之外,核酸上还存在包括甲基化、酰基化、羟甲基化等一系列天然的化学修饰。截至目前,科学家们已在RNA和DNA上分别发现超过170种和10种不同的化学修饰,这些修饰极大地增加了核酸编码的复杂性,影响核酸的结构,并在基因表达、胚胎发育、细胞分化、疾病发生等过程中发挥调控作用。开发能够精确解析核酸结构、特异性标记和鉴定核酸化学修饰的工具对于研究其在不同生物学背景下的功能至关重要。


从化学角度看,核酸碱基具有氮杂环结构及氨基、羰基等多种活性基团,核糖上2号位的羟基也具有一定的化学反应活性,这些结构使得核苷酸能够参与多种化学反应,如亲核加成、氧化反应、脱氨反应等。近些年来,开发高效特异性化学反应研究核酸及其修饰已逐渐成为热点。本期为大家介绍由浙江大学刘建钊教授课题组发表的关于核酸上的特异性化学反应的综述。在这篇综述中,作者系统地总结了用于研究核酸及其修饰的化学反应和酶介导催化的化学反应,并将发生在各类碱基(腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶)及其衍生物和核糖单元上的反应进行分类讨论。这些反应充分利用了碱基上各类基团和核糖2’-OH基团独特的化学性质,为研究核酸的结构及其修饰提供了强有力的工具。

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图1:腺嘌呤(A)和胞嘧啶(B、C)上的化学反应及酶介导的化学反应。

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图2:鸟嘌呤(A)、尿嘧啶(B)和核糖2’-OH(C)上的化学反应。

此外,作者还详细地介绍了这些反应在核酸化学中的应用,并阐述了相应测序技术的实验流程和基本原理,同时为该领域的发展提出一些展望。通过这一综述,作者希望全面呈现表观遗传学和表观转录组学中核酸上特异性化学反应的发展现状。未来,核酸化学反应工具的进一步开发,将提升对核酸结构与功能的认知,促进对核酸化学修饰生物学意义的深层次探索。

文信息

Chemical and Enzyme-Mediated Chemical Reactions for Studying Nucleic Acids and Their Modifications

Tengwei Li, Chongguang Cheng, Prof. Jianzhao Liu


ChemBioChem

DOI: 10.1002/cbic.202400220




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