Excision Repair-Initiated Enzyme-Assisted Bicyclic Cascade Signal Amplification for Ultrasensitive Detection of Uracil-DNA Glycosylase

尿嘧啶DNA糖基化酶 AP站点 DNA糖基化酶 化学 基底切除修复术 DNA 尿嘧啶 DNA修复 核糖核酸酶H 核苷酸切除修复 分子生物学 AP核酸内切酶 核酸内切酶 生物化学 核糖核酸酶P 核糖核酸 生物 基因
作者
Wang Lijuan,Mingchun Ren,Qianyi Zhang,Bo Tang,Chunyang Zhang
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:89 (8): 4488-4494 被引量:106
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.6b04673
摘要

Uracil-DNA glycosylase (UDG) is an important base excision repair (BER) enzyme responsible for the repair of uracil-induced DNA lesion and the maintenance of genomic integrity, while the aberrant expression of UDG is associated with a variety of cancers. Thus, the accurate detection of UDG activity is essential to biomedical research and clinical diagnosis. Here, we develop a fluorescent method for ultrasensitive detection of UDG activity using excision repair-initiated enzyme-assisted bicyclic cascade signal amplification. This assay involves (1) UDG-actuated uracil-excision repair, (2) excision repair-initiated nicking enzyme-mediated isothermal exponential amplification, (3) ribonuclease H (RNase H)-induced hydrolysis of signal probes for generating fluorescence signal. The presence of UDG enables the removal of uracil from U·A pairs and generates an apurinic/apyrimidinic (AP) site. Endonuclease IV (Endo IV) subsequently cleaves the AP site, resulting in the break of DNA substrate. The cleaved DNA substrate functions as both a primer and a template to initiate isothermal exponential amplification, producing a large number of triggers. The resultant trigger may selectively hybridize with the signal probe which is modified with FAM and BHQ1, forming a RNA-DNA heterogeneous duplex. The subsequent hydrolysis of RNA-DNA duplex by RNase H leads to the generation of fluorescence signal. This assay exhibits ultrahigh sensitivity with a detection limit of 0.0001 U/mL, and it can even measure UDG activity at the single-cell level. Moreover, this method can be applied for the measurement of kinetic parameters and the screening of inhibitors, thereby providing a powerful tool for DNA repair enzyme-related biomedical research and clinical diagnosis.

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