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DNA微阵列芯片作为一种具有高通量、平行性、小型化和样品用量少等特点的现代分析方法,尤其适用于像药物筛选、基因组学、转录组学和表观遗传组学等需要对大量样品进行平行分析的研究领域。限制性核酸内切酶在原核生物体内发挥着保护自身基因抵抗外来基因的作用,因而常被用作筛选抗菌和抗病毒药物的重要靶标。DNA的甲基化是一种重要的表观遗传修饰现象,大量研究表明许多重大疾病,尤其是癌症,都与基因的异常甲基化密切相关。我们以DNA微阵列芯片为平台,发展了一系列用于检测限制性核酸内切酶、甲基化DNA和甲基转移酶的高通量方法。主要内容如下: 1、以带有荧光染料的双链DNA微阵列芯片为平台,发展了一种用于分析限制性核酸内切酶及抑制剂的荧光方法。首先对探针的点样浓度和芯片的封闭条件进行了优化,然后在最优的实验条件下对两种限制性核酸内切酶和四种小分子抑制剂进行分析,验证了方法的可行性。实验结果表明,该方法在多种限制性核酸内切酶的检测中具有很好的选择性,并能够用于筛选限制性核酸内切酶的抑制剂。 2、以DNA功能化的金纳米粒子(GNP)为探针,构建了一种基于DNA微阵列芯片、用于分析限制性核酸内切酶的功能和抑制剂的共振光散射方法。以三种限制性核酸内切酶(EcoRⅠ、BamHⅠ和EcoRV)为模型,利用三种不同序列单链DNA多功能化的GNP探针,实现了对多种限制性核酸内切酶的同时检测与三种抑制剂的定量分析。与上一个工作中的荧光方法相比,该方法具有更好的稳定性和更低的检测限,对EcoRⅠ、BamHⅠ和EcoRV的检测限分别为2.0×10-2 U/ml、1.1×10-2 U/ml和1.6×10-2 U/ml。该研究工作为抗菌和抗病毒药物的筛选提供了准确灵敏的高通量方法。 3、利用甲基化敏感的限制性核酸内切酶HpaⅡ对甲基化底物与非甲基化底物水解活性的差异,发展了一种能够同时检测甲基化DNA和甲基转移酶的微阵列方法。我们以功能化的金纳米粒子为探针,对六条甲基化DNA和人源甲基转移酶(Dnmt1)进行共振光散射检测,线性范围达到3-4个数量级,对甲基化DNA和Dnmt1的检测限分别为0.01%(即10 pM)和0.1 U/ml。 4、基于Taq DNA连接酶对等位基因的特异性连接,构建了一种检测DNA甲基化水平的微阵列方法,该方法需要结合亚硫酸氢盐转化法对甲基化DNA进行前处理。我们首先通过在连接位点3端引入错配碱基提高Taq DNA连接酶在固相基底上的特异性。然后以荧光染料和DNA双功能化的金纳米粒子为探针,对六条甲基化模拟DNA进行了共振光散射(RLS)和表面增强拉曼散射(SERS)的双信号检测。由于使用滚环扩增(RCA)和银增强信号放大技术,该方法对甲基化DNA的检测限达到2 pM,并且能够区分癌细胞中不同位点的甲基化水平。