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5-甲基胞苷(m5C)广泛分布于tRNA与rRNA上,具有稳定tRNA二级结构、影响反密码子环构象、维持rRNA翻译保真等功能。m5C可被双加氧酶氧化形成5-羟甲基胞苷(hm5C)和5-甲酰基胞苷(f5C)。f5C可以调节线粒体蛋白质的合成,缺乏f5C可能会导致特征性的线粒体疾病。为了更加精确地描绘这种氧化后修饰在细胞发育、分化、凋亡中的生物学功能,亟需发展针对f5C的原位标记反应和单碱基测序方法。然而这方面的研究亟待完善,原因之一在于f5C和其他胞苷如5-羧基胞苷(ca5C)、4-乙酰基胞苷(ac4C)同属缺电子修饰类型,在还原条件下都可以发生脱氨反应;而其醛基活性与结构上相似的5-甲酰基尿苷(f5U)相当,难以实现选择性标记。因此,对f5C的特异性转化反应仍是挑战性难题。 近日,中国科学院化学研究所的程靓研究员和中国科学院北京基因组研究所(国家生物信息中心)的韩大力研究员合作,在经典Wittig反应基础上发展了一种生物相容的光化学转化方法,用于选择性标记f5C RNA修饰,并实现了tRNA片段中f5C的单碱基测序。作者在条件筛选时发现,在α碳上含有氰基的半稳定叶立德(Ph3P=CH-CN)在光照条件下可以与f5C发生成环反应,生成蓝色荧光产物paC。推测紫外光的作用是将稳定的反式中间体E-pn5C转化为顺式Z-pn5C,后者发生分子内氨基-氰基加成反应,从而构建了荧光结构7-氨基嘧啶[2,3-d]嘧啶-2(3H)-酮。控制实验表明,f5U尽管也可以和叶立德发生Wittig反应,但由于缺少N4-氨基,因此不能发生成环反应,从而可以将其与f5C区别开来。
在最优条件下,作者对该选择性标记进行了适应性考察。结果表明,该反应对于f5C核苷具有极高的特异性,在含有f5C修饰的RNA寡核苷酸链上也能进行选择性标记,所得RNA具有明显的蓝色荧光信号,因此可用于细胞转录组RNA中f5C修饰的定量测定。 论文信息 Photo-Facilitated Detection and Sequencing of 5-Formylcytidine RNA Xiao-Yang Jin, Zu-Rui Huang, Dr. Li-Jun Xie, Prof. Li Liu, Prof. Da-Li Han, Prof. Liang Cheng Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202210652
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