单核苷酸延长和 MALDI 质谱分析校对及 DNA 修复方法
Summary
采用高分辨率 MALDI 质谱和单核苷酸扩展策略, 建立了 dna 聚合酶校对和 dna 修复实验的非标记非射电同位素方法。试验证明是非常具体, 简单, 快速, 并易于执行校对和修复补丁短于 9-核苷酸。
Abstract
维持基因组及其忠实的复制对保存基因信息至关重要。为了评估高保真度复制, 我们开发了一种简单的无标记和非无线电同位素方法, 利用矩阵辅助激光解吸电离与飞行时间 (MALDI) 质谱 (MS) 分析进行校对研究。在这里, 一个 DNA 聚合酶 [例如,克莱诺片段 (KF) 大肠杆菌 DNA 聚合酶 i () 在本研究中] 在所有四 dideoxyribonucleotide triphosphates 的存在, 用于处理不匹配的底漆模板双工。不匹配的底漆, 然后校对/延长和受 MALDI 的 MS。产品由底漆的质量变化区分到单核苷酸变异。重要的是, 校对也可以确定内部单一的不匹配, 虽然在不同的效率。2-4-核苷酸 (nt) 从 3 ‘ 年底的不匹配是有效地校对了由我, 和不匹配的 5 nt 从底漆总站只显示了部分更正。在 6-9 nt 从底漆 3 ‘ 末端没有校对发生内部不匹配。这种方法也可应用于 DNA 修复化验 (例如,评估内 V 修复通路基底损伤修复)。含 3 ‘ 倒数 deoxyinosine (dI) 病灶的底漆可由 i. 型矫正。事实上, 倒数第二 T i、G i 和 i 基板在添加正确的 ddN 5 ‘-单磷酸 (ddNMP) 之前, 有他们最后的 2 dI 含核苷酸, 而倒数第二个 C i 的不匹配是由我来容忍的, 允许引伸不修复, 显示的敏感性和分辨率的 MS 化验, 以测量 DNA 修复。
Introduction
dna 聚合酶在 dna 复制过程中的校对功能对于确保需要转移到后代1、2、3、4的遗传信息的高保真度至关重要, 5,6,7。能够评估聚合酶校对 exonucleases 的贡献将澄清保护遗传稳定性的机制。
放射性同位素标记和凝胶检测结合密度分析的 autoradiograms 或荧光粉成像8,9,10历来被用来检测 DNA 校对活动聚合 酶。虽然功能, 这些化验是费力的, 昂贵的, 不适合高通量格式。此外, 放射性同位素还遭受安全问题, 包括废物处理。另外, 通过荧光技术对校对活动进行了分析。例如, 2-aminopurine (2-AP) 可纳入延伸产品在体外聚合酶校对化验, 以产生荧光信号11,12。不幸的是, 这些方法受到低特异性, 因为 2 AP 可以对嘧啶和胞嘧啶。最近的方法包括一个敏感的基于 G 四的荧光开关探针, 用于聚合酶 3 ‘-5 ‘ exonuclease 检测13以及一个单一标记的荧光探针, 用于聚合酶校对试验, 克服了一些上述缺点14。由于需要对 DNA 基质进行特异标记, 因此对这些荧光方法的热情减弱。
与此相反, MALDI 的 DNA 分析的 MS 已经被应用于精确检测中, 在那里, 用未标记的 4 ddNTPs 的底漆延伸反应可以用来识别给定轨迹15、16、17和已广泛应用于临床应用的突变检测和癌症诊断18。利用这些基本原理, 我们建立了一个无标签的检测 DNA 聚合酶校对活动利用高分辨率, 高特异性和高通量潜力的 MALDI. 使用E。大肠杆菌DNA 聚合酶 I 克莱诺片段作为一种模型酶, dideoxyribonucleotide triphosphates (ddNTPs) 作为基质可以采取 “快照” 的校对产品后, 单核苷酸延长通过MALDI-飞行 MS (图 1)。
同样, 这种方法也被开发用于 DNA 修复化验, 其中含有 3 ‘ 倒数二 dI 病变的底漆受到一项模拟中 V 型修复中间体的一项检测。虽然不完全理解, 内 V 修复通路是唯一的修复系统, 已知使用的 exonuclease 的病灶切除19,20。使用 MALDI 的 MS, 我们显示一个明确定义的修复补丁, 其中 dI 可以被切除的第一个 2 nt 的底漆, 然后添加正确的补充核苷酸。
对于校对和 DNA 修复的研究, 该方法比以往的方法更快、更费力, 为机制和功能提供了补充信息。
Protocol
Representative Results
Discussion
本研究描述了由选择的商用仪器 (见材料表) 分析的一步一步校对活动, 使用 MALDI MS。主要优点包括: 底漆和模板是免费的标签和易于执行, 允许更大的灵活性设计实验。30校对测试的流石灰完整处理需要4小时, 包括3小时手动执行校对反应和清理, 而 MALDI 的分析使用上述协议需要1小时完成。这种方法的主要缺点是化验所需的基底量。为了获得强烈的信号和一致的结果, 我们使用了 50 pmol ?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
我们感谢 NCFPB 综合核心设施的功能基因组学 (台北, 台湾) 和 NRPB 药物实验室 (台北, 台湾) 的技术支持。这项工作得到了台湾卫生基金会 (白介) 和科技部的研究补助金的支持, 台北, 台湾, 中华民国 [最 105-2320-b-002-047] 为伟瑶胡, [最 105-2628-b-002-051-MY3] 为康怡苏, 和 [MOST-105-2320-B-002-051-MY3] 为梁在林。
Materials
| Oligonucleotides | Mission Biotech (Taiwan) | ||
| phosphorothioate modified oligonucleotides | Integrated DNA Technologies (Taiwan) | ||
| DNA polymerase I, Large (Klenow) Fragment | New England Biolabs, MA | M0210L | |
| Klenow fragment (3'→5' exo-) | New England Biolabs, MA | M0212L | |
| NEBuffer 2.1 (10X) | New England Biolabs, MA | B7202S | |
| 2', 3' ddATP | Trilink Biotechnologies, CA | N4001 | |
| 2', 3' ddGTP | Trilink Biotechnologies, CA | N4002 | |
| 2', 3' ddTTP | Trilink Biotechnologies, CA | N4004 | |
| 2', 3' ddCTP | Trilink Biotechnologies, CA | N4005 | |
| dATP, dGTP, dCTP, dTTP set | Clubio, Taiwan | CB-R0315 | |
| SpectroCHIP array | Agena Bioscience, CA | #01509 | |
| MassARRAY | Agena Bioscience, CA | ||
| Typer 4.0 software | Agena Bioscience, CA | #10145 | |
| Clean Resin Tool Kit | Agena Bioscience, CA | #08040 |
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