核酸表觀遺傳是在堿基序列不變的情況下引起基因功能改變的遺傳機(jī)制。其中，5-羥甲基胞嘧啶（5hmC）被稱為哺乳動(dòng)物DNA的“第六堿基”，受到了廣泛關(guān)注。作為另一種羥甲基嘧啶，5-羥甲基尿嘧啶（5hmU）可通過(guò)5hmC脫氨或胸腺嘧啶氧化等途徑生成，在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮重要作用。然而，5hmU的化學(xué)結(jié)構(gòu)與5hmC高度相似，且其細(xì)胞豐度不到后者的1%。因此，兩者的特異識(shí)別、區(qū)分極其困難，更無(wú)法在單細(xì)胞水平分析并探究其細(xì)胞功能。

單細(xì)胞5hmU/5hmC單分子可視化分析示意圖

針對(duì)上述問(wèn)題，西安交通大學(xué)生命學(xué)院生命分析化學(xué)與儀器研究所趙永席教授團(tuán)隊(duì)發(fā)展了可特異區(qū)分5hmU與5hmC的化學(xué)酶（chemoenzymatic）標(biāo)記法，并構(gòu)建單細(xì)胞凝膠液滴微流控DNA擴(kuò)增檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞5hmU/5hmC的單分子可視化分析，揭示細(xì)胞類(lèi)型特異的表觀修飾位點(diǎn)數(shù)目、分布規(guī)律等分子特征，并利用深度學(xué)習(xí)算法，首次證實(shí)5hmU與5hmC可作為標(biāo)志物，區(qū)分正常、致癌、高度轉(zhuǎn)移的乳腺細(xì)胞系。

相關(guān)成果以《微流凝膠編碼的單細(xì)胞5hmU/5hmC可視化分析》 （Differentiated Visualization of Single-Cell 5Hydroxymethylpyrimidines with Microfluidic Hydrogel Encoding）為題發(fā)表在國(guó)際化學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》（Journal of the American Chemical Society）上。該論文第一作者為西安交大生命學(xué)院陳鋒副教授與博士生薛靜，通訊作者是西安交大生命學(xué)院趙永席教授，第一單位為西安交大生物醫(yī)學(xué)信息工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。上海交通大學(xué)樊春海院士對(duì)該工作提供了重要的指導(dǎo)。該項(xiàng)研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、西安交大青年拔尖人才計(jì)劃等多個(gè)項(xiàng)目的共同資助。

趙永席教授課題組研究方向包括高通量單分子與單細(xì)胞分析、核酸化學(xué)與生物學(xué)、功能納米材料與分子探針等。近3年在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》（Journal of the American Chemical Society）、《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）、《核酸研究》（Nucleic Acids Research）等國(guó)際權(quán)威刊物上發(fā)表多篇論文。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b11393

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