近日，贵州大学药学院陈丹萍副教授研究团队在分析化学领域国际权威期刊《ACS Sensors》（IF=8.2，中科院一区TOP期刊）发表重要研究成果。该研究以"Investigation of the DNA Methylation-Modified 8-17 DNAzyme Functions via Sensitive Catalytic Hairpin Self-Assembly Reaction"为题，成功地利用灵敏且快速的催化发卡自组装（CHA）技术构建高灵敏度检测体系。该研究揭示了DNA甲基化修饰对8-17 DNAzyme催化活性的调控作用机制，该成果不仅解析修饰基团对DNAzyme催化功能的调控作用，而且揭示表观遗传修饰与核酸酶活性间的动态关联，深化了表观遗传学的分子机制认知；为8-17 DNAzyme生物传感技术中的应用提供了重要理论参考，开辟了分子诊断、精准医学及基因治疗等交叉领域的新研究路径。
DNAzyme是一种多功能的单链DNA（ssDNA），已在生物传感分析和生物医学工程中广泛应用，具有多种生物催化功能，包括出色的RNA切割活性、强大的序列可编程性和高效基因沉默能力。此外，其可编辑的双臂序列使DNAzyme在识别和切割不同目标时更加灵活多变，无需复杂的蛋白质表达。除了具备经济性和操作简便的优势外，由于其多功能的基础设计以及良好的稳定性，DNAzyme更适合作为筛选和修饰的对象。而当前对表观遗传修饰的8-17 DNAzyme的研究仍存在不足。因此，陈丹萍副教授团队深入研究了DNA甲基化修饰对8-17 DNAzyme功能调控的具体机制，从而为实现更智能化的生物传感提供理论支持和实践指导。
该研究策略将5-甲基胞嘧啶（5mC）和N6-甲基腺苷（m6A）引入8-17 DNAzyme的核心催化域和茎部序列中，利用CHA恒温扩增技术评估修饰基团对DNAzyme切割活性的影响。研究结果发现，在DNAzyme的环状催化核心序列引入5mC和m6A修饰可显著抑制8-17 DNAzyme的催化活性，导致目标底物无法有效切割。然而，颈部结构引入甲基化修饰则对DNAzyme的催化活性没有影响。此外，利用去甲基化酶Tet2蛋白将DNAzyme不同修饰位点的5mC氧化为5hmC和5fC，以探究DNA去甲基化途径对催化活性的逆转调控作用。实验结果显示，核心催化域的DNA甲基化修饰对DNAzyme活性的影响比m6A修饰更稳定，通过Tet蛋白介导的去甲基化途径无法逆转5mC修饰对DNAzyme的抑制作用。此外，该团队还将不同修饰的8-17 DNAzyme应用于调控人宫颈癌（HeLa）细胞和非小细胞肺癌（A549）细胞内miRNA-21的表达水平。结果显示，正常的8-17 DNAzyme和茎部结构修饰5mC的8-17 DNAzyme可显著降低细胞内miRNA-21的含量，并有效促进细胞死亡。该研究不仅推进了表观遗传学修饰物对基因组或转录组调控作用的研究，而且为基于8-17 DNAzyme的生物传感技术的可控化、智能化提供了重要的研究基础。
图1 基于DNAzyme-CHA平台探究5mC修饰调控8-17 DNAzyme功能的研究原理
图2 不同甲基化修饰对8-17 DNAzyme催化作用的影响
图3 8-17 DNAzyme调控细胞内miRNA-21表达水平研究
贵州大学药学院为本论文的第一署名单位，贵州大学药学院药学专业研究生王婉雪为第一作者，贵州大学陈丹萍副教授和川北医学院张浪副教授为共同通讯作者。该研究工作得到国家自然科学基金(22364008)和贵州省自然科学基金(ZK[2024]100)的支持。
一审：聂 赟
二审：李天强
三审：凃华君
