Three-Enzyme Cascade Bioreactor for Rapid Digestion of Genomic DNA into Single Nucleosides

化学 基因组DNA DNA 色谱法 生物化学 生物反应器 分子生物学 生物 有机化学
作者
Junfa Yin,Tian Xu,Ning Zhang,Hailin Wang
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:88 (15): 7730-7737 被引量:39
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.6b01682
摘要

Structure-based DNA modification analysis provides accurate and important information on genomic DNA changes from epigenetic modifications to various DNA lesions. However, genomic DNA strands are often required to be efficiently digested into single nucleosides. It is an arduous task because of the involvement of multiple enzymes with different catalytic acitivities. Here we constructed a three-enzyme cascade capillary monolithic bioreactor that consists of immobilized deoxyribonuclease I (DNase I), snake venom phosphodiesterase (SVP), and alkaline phosphatase (ALPase). By the use of this cascade capillary bioreactor, genomic DNA can be efficiently digested into single nucleosides with an increasing rate of ∼20 folds. The improvement is mainly attributed to dramatically increase enzymatic capacity and activity. With a designed macro-porous structure, genomic DNA of 5–30 Kb (∼1.6–10 million Daltons) can be directly passed through the bioreactor simply by hand pushing or a low-pressure microinjection pump. By coupling with liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS), we further developed a sensitive assay for detection of an oxidative stress biomarker 8-oxo-7,8-dihydro-2′-deoxyguanosine (8-oxodG) in DNA. The proposed three-enzyme cascade bioreactor is also potentially applicable for fast identification and quantitative detection of other lesions and modifications in genomic DNA.

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