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尿嘧啶DNA糖苷酶(Uracil DNA Glycosylase, UDG)能切断DNA中的尿嘧啶(U)碱基与脱氧核糖间的N-糖苷键,移去尿嘧啶,生成无碱基位点。无碱基位点能被内切核酸酶IV与外切核酸酶III识别,并在5’端切断无碱基位点,生成3’羟基与5’磷酸脱氧核糖;然后其它DNA修复酶(如DNA聚合酶、5’磷酸脱氧核糖水解酶、DNA连接酶等)会进一步作用,从而完成整个碱基切除修复。除参与DNA修复过程外,UDG还与机体免疫功能相关,参与免疫分子抗体多样性的产生和细胞内天然抗病毒防御过程。另外,UDG还用于防止PCR产物污染。鉴于UDG在生命科学中的重要性,该蛋白活性检测具有极其重要意义。通常UDG活性的检测需要使用同位素标记的核酸探针作为底物。使用同位素标记底物,一方面会对实验操作者造成身体伤害,另一方面,反应产物需要凝胶电泳分离鉴定,且需要昂贵的磷屏与多功能成像系统进行定量分析,整个操作过程非常繁琐。无污染的、不需要酶解产物分离就可以检测UDG的技术就成了核酸检测领域的重要发展方向。
分子信标(molecular beacon)的发展为快速安全灵敏的检测UDG提供了可能。分子信标是一种短的寡核苷酸单链构成的茎环结构。寡核苷酸链一端为荧光基团标记,另一端为淬灭基团标记。自由状态时,两端的核苷酸序列互补配对,形成稳定的茎环结构,导致荧光基团和淬灭基团相互靠近,激发荧光基团时其产生的光子被淬灭基团吸收淬灭,二者之间产生荧光共振能量转移,检测不到荧光基团发出的特定波长荧光。当分子信标与靶核酸序列结合或者磷酸二酯键断裂,其稳定的茎环结构被破坏,荧光基团与淬灭基团的得以分开,激发荧光基团时不能发生荧光共振能量转移,可以检测到荧光基团发出的特定波长荧光。
本文纯化了衣原体UDG(CpUDG),同位素标记底物测定了CpUDG活性。建立了利用带有尿嘧啶碱基的分子信标底物的 UDG活性快速灵敏检测方法。当UDG切断尿嘧啶碱基与脱氧核糖间的N-糖苷键,移去尿嘧啶后,再用碱处理断裂无碱基位点,分子信标的茎环结构遭到破坏,从而极大地增加了荧光基团与淬灭基团间的空间距离,激发荧光基团时不能产生荧光能量共振转移,可检测到荧光基团发出的荧光信号。荧光信号强度可在荧光检测仪上快速测定,可以从荧光信号-分子信标标准曲线中方便的获得产物量。凝胶电泳分离鉴定结果表明经上述处理的分子信标断裂为两条短的酶切产物。该方法不仅方便快速,还有很高的灵敏度。当反应体系(50 μl)中分子信标底物浓度为0.1 μM时,该方法可以检测到0.01 ng的尿嘧啶糖苷酶。另外,外源随机DNA序列的存在对该检测方法无不利影响,而且在检测蛋白粗抽提液中UDG活性时,可以保护分子信标免于其它核酸酶的酶解作用。实验表明在反应体系中加入适量的外源鱼精DNA,能很好的检测出蛋白粗抽提液中的UDG活性与含量,这是以往方法所不能实现的。