2020年CAIA獎特等獎獲獎項目成果簡介：高靈敏DNA/RNA表觀遺傳修飾分析新方法
完成單位：中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心
完成人：汪海林，賴瑋毅，劉保東，劉曉玲，莫杰珍，張寧，章大鵬，李哲，尹俊發(fā)，吳丹妮
成果簡介：
針對生命科學中的前沿分析科學問題，建立和發(fā)展了一系列國際領先或先進的表觀遺傳修飾分析新方法新技術，主要成果如下：
核酸表觀遺傳修飾的高靈敏分析與測序新技術。發(fā)展了一系列DNA損傷和核酸表觀遺傳修飾的檢測和測序新技術、新方法，垂直超濾膜輔助DNA酶解法(Anal. Chem. 2018a)、級聯(lián)酶反應器快速酶切技術(Anal. Chem. 2016; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018)、穩(wěn)定同位素標記核苷示蹤法(Anal. Chem. 2017)及多輪免疫沉淀富集-全基因組測序法(Anal. Chem. 2018b)等。發(fā)展的5hmC方法已獲專利授權，并實現(xiàn)專利轉化。
DNA 5mC氧化產物作為潛在診斷標志物。與上海東方肝膽醫(yī)院合作,發(fā)現(xiàn)5mC的氧化產物5hmC和5fC的降低可預示肝癌的發(fā)生、發(fā)展；且肝癌基因組中5hmC和5fC的下降與HCC患者預后不良有關(Hepatology, 2019)。
表觀遺傳領域的新發(fā)現(xiàn)。利用發(fā)展的穩(wěn)定同位素示蹤技術，揭示了哺乳動物復制依賴性DNA 6mA生成新機制(Cell Res, 2020, IF20.5, Nature Publishing Group)。與基因組所合作，在RNA表觀遺傳學層面，揭示了mRNA m5C 形成的酶學機制，發(fā)現(xiàn)并證明了mRNA m5C修飾具有引導mRNA出核功能與機制(Cell Res, 2017,封面)。另外，發(fā)現(xiàn)多種環(huán)境小分子可與DNA去甲基化酶的交互作用(ACS Chem. Biol., 2017; Metallomics, 2018; Environ. Health. Perspect., 2020）。
在Cell Res., Hepatology, Cell Discovery, EHP和AC等學術期刊發(fā)表SCI論文17篇。相關技術和成果被Nature引用或應用，受到國際和國內同行高度評價。
創(chuàng)新點及科學價值：
發(fā)展了高靈敏度DNA/RNA甲基化分析新方法，具有原理創(chuàng)新性，并具有重要的理論研究價值和方法學意義：1）發(fā)展了代謝依賴的穩(wěn)定同位素腺苷酸標記法，在基于UHPLC-MS/MS的真核生物N6-甲基腺苷分析中，鑒定真實6mA水平；2）發(fā)展了DNA 6mA多重免疫沉淀（MrIP）富集方法，實現(xiàn)基因組DNA 6mA高效富集；3） 發(fā)展了垂直超濾膜輔助DNA酶解的普適性預處理方法；4）發(fā)展了級聯(lián)酶反應器快速酶切技術。
將發(fā)展的新方法用于DNA/RNA 甲基化過程及表觀遺傳修飾機制研究，揭示了表觀遺傳修飾的含量、相關酶、表觀遺傳修飾與癌癥發(fā)生的關系，環(huán)境小分子與基因相互作用等機制，對生物學研究、環(huán)境分子與基因相互作用研究有重要應用價值：1）發(fā)現(xiàn)了哺乳動物DNA 6mA新來源；2）鑒定了信使RNA 5-甲基胞嘧啶及相應甲基化轉移酶篩選；3）DNA 5mC氧發(fā)化產物作為表觀遺傳效應標志物；4）發(fā)現(xiàn)多種環(huán)境小分子可與DNA去甲基化酶的交互作用。
社會經(jīng)濟效益：
本項成果對DNA/RNA表觀遺傳修飾整體水平分析，技術指標達到國內領先水平，獲得的數(shù)據(jù)已成為多個國際實驗室的參考標準。
本成果中涉及的UHPLC-MS/MS分析癌組織、癌旁組織表觀遺傳修飾的方法，有望作為肝癌早期臨床診斷的方法。
應用前景：
1．生命科學研究,本成果開發(fā)的一系列DNA/RNA修飾的分析方法，為揭示表觀遺傳修飾在生命過程中的作用提供有力工具。
2．新藥開發(fā)，DNA/RNA修飾的快速、準確分析方法，可篩選調控表觀遺傳修飾的藥物。
3.環(huán)境健康研究，本成果涉及的UHPLC-MS/MS分析癌組織、癌旁組織表觀遺傳修飾，提示DNA/RNA 修飾可作為毒理研究的表觀遺傳標志物，表觀遺傳修飾水平檢測有望輔助癌癥早期診斷。
