Dumbbell-shaped DNA topology drives self-sustaining CRISPR/Cas12a exponential amplification for ultrasensitive monitoring of DNA methyltransferase activity

化学 DNA甲基化 DNA 甲基转移酶 拓扑(电路) 表观遗传学 DNA甲基转移酶 核酸内切酶 DNA连接酶 计算生物学 核酸酶 分子生物学 细胞生物学 生物物理学 指数函数 A-DNA 基因 DNA测序 线性范围 DNA修复 甲基化DNA免疫沉淀 限制性酶 DNMT1型 荧光 生物化学 甲基化
作者
Qian Xiang,Wenjiao Zhou,Daxiu Li
出处
期刊:Talanta [Elsevier BV]
卷期号:298 (Pt A): 128841-128841 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.talanta.2025.128841
摘要

DNA methylation is an essential epigenetic mechanism, and abnormal methylation has been linked to the onset and progression of many diseases, representing a potential threat to health. Monitoring DNA methyltransferase (MTase) activity is essential for understanding DNA methylation regulation and developing MTase-targeted inhibitors. To address this challenge, we developed a dumbbell-shaped DNA topology that drives self-sustaining (autocatalytic) CRISPR/Cas12a system for exponential signal amplification, enabling ultrasensitive fluorescent detection of DNA MTase activity. In this strategy, a DNA dumbbell topological structure (DDTS) is designed, in which two double-strand DNA (dsDNA) loops effectively block the activity of CRISPR/Cas12a. Upon Dam MTase presence, DpnI endonuclease cleaves the methylated recognition sites in the DNA probe, disrupting the DDTS topology to generate linear dsDNA activators. These activators restore the trans -cleavage of CRISPR/Cas12a, which further cleaves the single-stranded DNA (ssDNA) domain in DDTS probes to produce additional activators, creating an exponential amplification loop through autocatalysis. The system achieves a detection limit of 6.37 × 10 −4 U/mL for Dam MTase, with a linear range of 1 × 10 −3 to 15 U/mL, and shows excellent selectivity over other MTases and nucleases. It also enables inhibitor screening, with the half-maximal inhibitory concentration (IC 50 ) value of 1.84 μM for 5-fluorouracil. Therefore, the method has great potential for application in the early diagnosis of diseases and drug discovery.
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