湖南大学游常军、代晓霞等:基于化学标记的8-氧鸟嘌呤传感检测方法的构建及其应用

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Comprehensive Report


Development and Application of a Chemical Labeling-Based Biosensing Assay for Rapid Detection of 8-Oxoguanine and Its Repair in vitro and in Human Cells
Weiheng Kong, Yongqin Ji, Xiaowen Zhu, Xiaoxia Dai,* and Changjun You*

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Living cells are constantly threatened by endogenous and environmental agents that can induce various DNA lesions including 8-oxoguanine (8-oxoG). Increasing evidence has suggested that 8-oxoG is not only a biomarker of oxidative stress, but also a novel epigenetic-like modification involved in transcriptional regulation in mammalian cells. Measurement of DNA damage and repair is useful for both basic research and clinical applications, but current methods for 8-oxoG detection still suffer from some problems such as poor selectivity, time consuming and being expensive. Here, we developed a fast and simple biosensing approach for quantitative analysis of 8-oxoG in DNA, which was based on the selective chemical biotinylation of 8-oxoG in conjunction with biotin-streptavidin enzyme-linked immunosorbent assay. We have also successfully applied this method to achieve efficient detection of the repair activities of DNA glycosylases Fpg and hOGG1 toward 8-oxoG in vitro and in human cells. This newly developed biosensing assay should be generally applicable for rapid detection of 8-oxoG and its repair in other organisms.

8-Oxoguanine | Oxidative damage | Biosensors | Analytical methods | Biological chemistry and chemical biology

基于化学标记的8-氧鸟嘌呤传感检测方法的构建及其应用

细胞内活性氧(ROS)水平升高可导致多种生物分子的氧化损伤和破坏。其中,ROS攻击DNA形成的氧化损伤是诱导细胞凋亡和细胞死亡的重要因素。如果这种损伤不能及时修复,就会影响基因组的完整性。构成DNA的四种碱基中,鸟嘌呤氧化形成的8-氧鸟嘌呤(8-oxoG)是氧化损伤的生物标志物。研究表明,未修复的8-oxoG会破坏复制过程中的遗传信息传递,最终可能导致包括癌症在内的多种疾病。此外,8-oxoG还可能作为一种表观遗传修饰来调节哺乳动物细胞的基因表达。

一般认为,要深入了解8-oxoG的生物学效应,就必须对基因组DNA中的8-oxoG水平进行有效检测。在现有的8-oxoG检测方法中,基于抗体的酶联免疫吸附试验(ELISA)由于现有抗体抗原性弱,化学选择性差,可能存在交叉反应和交叉污染,不能对样品中8-oxoG的数量做出完全真实的反应(Free. Radic. Biol. Med. 2010, 48, 1460-1464. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2013, 440, 725-730.)。小分子荧光探针检测方法受荧光探针灵敏度和选择性的限制,且非常容易受到背景信号的干扰(Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 4500-4503. Nucleic Acids Symp. Ser. 2007315-316.)。基于质谱的检测方法尽管提高了分析的灵敏度,但需要昂贵的仪器以及复杂的样品预处理,这大大增加了研究人员的工作量(Bioelectrochemistry 2014, 99, 24-29. Electrophoresis 2013, 34, 2268-2274. Anal. Chem. 2012, 84, 6048-6053.)。

最近,游常军代晓霞等利用K2IrBr6Biotin-PEG2-NH2分别作为氧化剂和反应试剂对8-oxoG位点进行选择性生物素化修饰,并结合生物素-链霉亲和素标记的ELISA技术,建立了一种快速、简便的8-oxoG定量生物传感检测方法(图1)。该策略无需复杂、耗时的样品制备和昂贵的仪器,只需少量商业化试剂和简单的操作即可实现8-oxoG的高灵敏度检测。同时,该方法也表现出良好的稳定性和选择性,并成功地利用该方法实现了DNA糖基化酶FpghOGG1的体外和胞内活性测定。

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1. 基于化学标记的8-氧鸟嘌呤传感检测方法及其对8-氧鸟嘌呤修复相关酶活性监测的应用


上述研究结果作为Comprehensive Report发表于Chin. J. Chem. 2022, 40, 2329—2334.。该项工作得到了国家自然科学基金、湖南省科技创新计划、湖南省创新型省建设专项资金、中央高校基本科研业务费专项资金和湖南大学的资助。



游常军教授



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游常军,湖南大学化学化工学院、化学生物传感与计量学国家重点实验室教授、博士生导师。课题组目前的研究方向为生命分析化学和化学生物学,主要涉及生物质谱分析、表观遗传修饰、核酸损伤与修复、分子医学及分子毒理学等方面的相关研究。已在Accounts of Chemical ResearchNature Chemical Biology, Nature Protocols, Nucleic Acids ResearchAnalytical ChemistryACS Chemical Biology等学术期刊发表论文30余篇。


代晓霞博士



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代晓霞,博士,湖南大学化学化工学院助理教授。博士毕业于华中农业大学,博士毕业后进入美国UC Riverside从事化学生物学研究。主要研究方向为化学生物学,涉及生物质谱分析、核酸化学修饰及功能蛋白质组学等方面的研究。至今已在Analytical ChemistryMolecular & Cellular Proteomics等学术期刊发表论文30余篇。


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