四苯乙烯衍生物在检测甲基转移酶活性和甲基转移酶抑制剂浓度上的应用

摘要

本发明提供四苯乙烯衍生物在检测甲基转移酶活性上的应用，属于生物技术领域。该检测方法首先制备淬灭分子修饰的双链核酸；然后将淬灭分子修饰的双链核酸与S-腺苷甲硫氨酸、限制性内切酶、不同浓度的甲基转移酶和酶反应的缓冲溶液反应，得到混合溶液；最后将得到的混合溶液与四苯乙烯衍生物水溶液反应，对甲基转移酶的活性进行检测。本发明还提供四苯乙烯衍生物在检测甲基转移酶抑制剂浓度上的应用。本发明的检测方法简单、快速、灵敏度高。

说明书

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体涉及一种四苯乙烯衍生物在检测甲基转移 酶活性和甲基转移酶抑制剂浓度上的应用。

背景技术

带有电荷的荧光共轭聚合物，能与带相反电荷的荧光淬灭分子发生相互作 用。促成淬灭的激发态能通过电荷(或能量)转移在共轭聚合物的大量重复单 元中连续传递，从而少量的淬灭分子就可以使聚合物的荧光发生高效淬灭。研 究者们基于这个原理，发展出了许多相关的生物分析，生物传感新方法。例如， 将荧光共轭聚合物和淬灭分子共价修饰到具有发卡(hairpin)结构的核酸分子两 端，可以得到具有超淬灭性质的分子信标(molecularbeacon)。荧光共轭聚合物 的荧光被淬灭分子高效淬灭，当加入与之互补的核酸链时，发卡结构被打开， 聚合物的荧光恢复。基于此实现对核酸分子的灵敏检测(Angew.Chem.Int.Ed. 2005,44,2572–2576)。又如，带有负电荷的荧光共轭聚合物因为静电吸引和带 正电荷的淬灭分子相互接近，从而荧光淬灭。而淬灭分子修饰了乙酰胆碱酯 (ACh)的衍生物，可以被乙酰胆碱酯酶(AChE)水解而生成带负电荷的分子。 这样一来，淬灭分子因静电排斥而远离荧光共轭聚合物，荧光恢复。基于此实 现对乙酰胆碱酯酶活性的灵敏检测(Angew.Chem.Int.Ed.2007,46,7882– 7886)。

现有报道的超淬灭方法都是针对荧光共轭聚合物的，而荧光共轭聚合物的 合成繁琐，费时，成本高，其较差的水溶性和生物相容性也限制了在生物分析， 生物传感中的进一步应用。

与荧光共轭聚合物将重复的荧光单体共价连接不同，荧光小分子可以通过 次极力(如静电作用等)形成非共价的聚集体，该聚集体的荧光同样可以被淬 灭分子高效淬灭。由于荧光小分子合成容易，水溶性及生物相容性好，在生物 分析和生物传感发面具有更好的应用前景。四苯乙烯(TPE)是一种十分经典的 具有AIE性质的有机小分子，它的AIE性质在此前的文献里已有大量报道。唐 本忠等人报道过带有正电荷的四苯乙烯衍生物及其制备方法(Chem.Eur.J.2008, 14,6428–6437；Chem.Eur.J.2010,16,1232–1245)，现有技术中还没有将带有正 电荷的四苯乙烯衍生物用于检测甲基转移酶活性和甲基转移酶抑制剂方面的报 道。

发明内容

本发明的目的是提供四苯乙烯衍生物在检测甲基转移酶活性和甲基转移 酶抑制剂浓度上的应用，该四苯乙烯衍生物具有较高的水溶性和生物相容性， 且检测灵敏度高。

本发明首先提供四苯乙烯衍生物在检测甲基转移酶活性上的应用。

优选的是，所述的四苯乙烯衍生物检测甲基转移酶活性的方法，包括：

步骤一：制备淬灭分子修饰的双链核酸；

步骤二：将步骤一得到的淬灭分子修饰的双链核酸与S-腺苷甲硫氨酸、限 制性内切酶、不同浓度的甲基转移酶和酶反应的缓冲溶液反应，得到混合溶液；

步骤三：将步骤二得到的混合溶液与四苯乙烯衍生物水溶液反应，对甲基 转移酶的活性进行检测。

优选的是，所述的甲基转移酶为Dam、HpaII MTase或M.SssI。

优选的是，所述的甲基转移酶的浓度范围为0-160U/mL。

优选的是，所述的步骤二的反应是先在37℃反应5h，然后再升温至90℃反 应10min。

优选的是，所述的四苯乙烯衍生物的结构式为：

本发明还提供四苯乙烯衍生物在检测甲基转移酶抑制剂浓度上的应用。

优选的是，所述的四苯乙烯衍生物检测甲基转移酶抑制剂的方法，包括：

步骤一：制备淬灭分子修饰的双链核酸；

步骤二：将步骤一得到的淬灭分子修饰的双链核酸与S-腺苷甲硫氨酸、限 制性内切酶、甲基转移酶、不同浓度的甲基转移酶抑制剂和酶反应的缓冲溶液 反应，得到混合溶液；

步骤三：将步骤二得到的混合溶液与四苯乙烯衍生物水溶液反应，对甲基 转移酶抑制剂的浓度进行检测。

优选的是，所述的甲基转移酶抑制剂为庆大霉素、5-氟尿嘧啶、卞青霉素或 丝裂霉素。

优选的是，所述的四苯乙烯衍生物的结构式为：

本发明的原理

本发明提供四苯乙烯衍生物在检测甲基转移酶活性和甲基转移酶抑制剂上 的应用，首先先制备淬灭分子修饰的双链核酸，该双链核酸由一条两端都修饰 了淬灭分子的短链核酸和一条长链核酸互补而成，淬灭分子修饰的双链核酸能 诱导四苯乙烯衍生物聚集，并导致四苯乙烯衍生物聚集体荧光的超淬灭，淬灭 分子修饰的双链核酸的中段含有甲基转移酶的特异性识别位点，甲基转移酶能 将这个位点甲基化，限制性内切酶能将甲基化后的位点特异性切割(或是特异 性保护不切割，当有甲基转移酶和限制性内切酶存在时，淬灭分子修饰的双链 核酸能被甲基化并切割为4条单链核酸碎片(或是被阻止切割为4条单链核酸 碎片)，其中两条长的单链碎片由于未带有淬灭分子，故四苯乙烯衍生物聚集体 的荧光恢复(或降低)，利用这种方法对不同的甲基转移酶的活性进行检测；当 有甲基转移酶的抑制剂存在时，四苯乙烯衍生物聚集体的荧光恢复(或降低) 被抑制，以此来检测甲基转移酶抑制剂的浓度。

本发明的有益效果

本发明首先提供四苯乙烯衍生物在检测甲基转移酶活性上的应用，具体的 检测方法为：首先制备淬灭分子修饰的双链核酸；然后将淬灭分子修饰的双链 核酸与S-腺苷甲硫氨酸、限制性内切酶、不同浓度的甲基转移酶和酶反应的缓 冲溶液反应，得到混合溶液；最后将得到的混合溶液与四苯乙烯衍生物水溶液 反应，对甲基转移酶的活性进行检测。和现有技术相对比，本发明首先将荧光 小分子四苯乙烯衍生物应用在甲基转移酶活性的检测上，本发明的荧光小分子 合成简单、成本低，同时具有较好的水溶性(在水中的溶解度大于10mM)和 生物相容性；同时，本发明的检测方法简单、快速、灵敏度高。

本发明还提供四苯乙烯衍生物在检测甲基转移酶抑制剂浓度上的应用，具 体检测方法为：先制备淬灭分子修饰的双链核酸；然后将淬灭分子修饰的双链 核酸与S-腺苷甲硫氨酸、限制性内切酶、甲基转移酶、不同浓度的甲基转移酶 抑制剂和酶反应的缓冲溶液反应，得到混合溶液；最后将得到的混合溶液与四 苯乙烯衍生物水溶液反应，对甲基转移酶抑制剂的浓度进行检测。和现有技术 相对比，本发明首先将荧光小分子四苯乙烯衍生物应用在甲基转移酶抑制剂的 检测上，本发明的荧光小分子合成简单、成本低，同时具有较好的水溶性(在 水中的溶解度大于10mM)和生物相容性；同时，本发明的检测方法简单、快 速、灵敏度高。

附图说明

图1为本发明实施例1四苯乙烯衍生物随Dam的浓度变化曲线。

图2为本发明实施例1四苯乙烯衍生物随Dam的浓度成正比的线性曲线图。

图3为本发明实施例4四苯乙烯衍生物荧光强度随不同的甲基转移酶抑制 剂和未加入甲基转移酶抑制剂变化曲线。

图4为本发明实施例5四苯乙烯衍生物荧光强度随不同浓度的甲基转移酶 抑制剂变化曲线。

具体实施方式

本发明首先提供四苯乙烯衍生物在检测甲基转移酶活性上的应用。

本发明所述的四苯乙烯衍生物检测甲基转移酶活性的方法，优选包括：

步骤一：制备淬灭分子修饰的双链核酸；

步骤二：将步骤一得到的淬灭分子修饰的双链核酸与S-腺苷甲硫氨酸、限 制性内切酶、不同浓度的甲基转移酶和酶反应的缓冲溶液反应，得到混合溶液；

步骤三：将步骤二得到的混合溶液与四苯乙烯衍生物水溶液反应，对甲基 转移酶的活性进行检测。

按照本发明，所述的淬灭分子修饰的双链核酸是由一条两端都修饰了淬灭 分子的短链核酸和一条长链核酸在水溶液中混合制备得到的，所述两端都修饰 了淬灭分子的短链核酸和一条长链核酸可由商购获得，淬灭分子是根据四苯乙 烯衍生物进行选择的，主要的作用是诱导四苯乙烯衍生物聚集，并通过荧光共 振能量转移(FRET)导致四苯乙烯衍生物聚集体荧光的超淬灭，所述的淬灭分 子(dabcyl)优选为二甲氨基偶氮苯甲酰或邻二硝基苯甲酰；

按照本发明，将上述得到的淬灭分子修饰的双链核酸与S-腺苷甲硫氨酸、 限制性内切酶、不同浓度的甲基转移酶(methyltransferase,MTase)和酶反应的 缓冲溶液反应，得到混合溶液；所述的甲基转移酶优选为Dam、HpaII MTase或 M.SssI，所述的甲基转移酶的浓度范围优选为0-160U/mL。所述的限制性内切 酶根据甲基转移酶种类的不同而不同，优选为DpnI、HpaII或BstUI,其中DpnI 是能够选择性的切割被甲基转移酶甲基化后的核酸序列的限制性内切酶，而 HpaII和BstUI则是选择性的切割没有被甲基化的核酸序列的限制性内切酶。所 述的步骤二的反应是先在37℃反应5h，然后在升温至90℃反应10min以使限制 性内切酶和甲基转移酶失去活性。所述的步骤二的反应总体系优选包括：50μL 总体系，包括浓度为2μM淬灭分子修饰的双链核酸、1μL酶反应的反应缓冲 液[10×buffer:200mM Tris-HAc,500mM KAc,100mM Mg(Ac)2,10mM DTT, pH7.9],浓度为80μMS-腺苷甲硫氨酸(SAM)，浓度为400U/mL限制性内切 酶和浓度范围为0-160U/mL甲基转移酶，余量为去离子水。

按照本发明，将上述得到的混合溶液与四苯乙烯衍生物水溶液反应，对甲 基转移酶的活性进行检测。所述的反应温度为25度，反应时间优选为3分钟， 四苯乙烯衍生物的浓度优选为40μM，所述的四苯乙烯衍生物在水溶液中以自 由单体形式存在，没有荧光，结构式为：

本发明还提供四苯乙烯衍生物在检测甲基转移酶抑制剂浓度上的应用。

本发明所述的四苯乙烯衍生物检测甲基转移酶抑制剂的方法，优选包括：

步骤一：制备淬灭分子修饰的双链核酸；

步骤二：将步骤一得到的淬灭分子修饰的双链核酸与S-腺苷甲硫氨酸、限制 性内切酶、甲基转移酶、不同浓度的甲基转移酶抑制剂和酶反应的缓冲溶液反 应，得到混合溶液；

步骤三：将步骤二得到的混合溶液与四苯乙烯衍生物水溶液反应，对甲基 转移酶抑制剂的浓度进行检测。

按照本发明，所述的淬灭分子修饰的双链核酸是由一条两端都修饰了淬灭分 子的短链核酸和一条长链核酸在水溶液中混合制备得到的，所述两端都修饰了 淬灭分子的短链核酸和一条长链核酸可由商购获得，淬灭分子是根据四苯乙烯 衍生物进行选择的，主要的作用是诱导四苯乙烯衍生物聚集，并通过荧光共振 能量转移(FRET)导致四苯乙烯衍生物聚集体荧光的超淬灭，所述的淬灭分子 (dabcyl)优选为二甲氨基偶氮苯甲酰或邻二硝基苯甲酰；

按照本发明，将上述得到的淬灭分子修饰的双链核酸与S-腺苷甲硫氨酸、限 制性内切酶、甲基转移酶(methyltransferase,MTase)、不同浓度的甲基转移酶抑 制剂和酶反应的缓冲溶液反应，得到混合溶液；所述的甲基转移酶抑制剂优选 为庆大霉素、5-氟尿嘧啶、卞青霉素或丝裂霉素，所述的甲基转移酶抑制剂的浓 度范围优选为0-1μM。

所述的甲基转移酶优选为Dam、HpaII MTase或M.SssI，所述的限制性内切 酶根据甲基转移酶种类的不同而不同，优选为DpnI、HpaII或BstUI,其中DpnI 是能够选择性的切割被甲基转移酶甲基化后的核酸序列的限制性内切酶，而 HpaII和BstUI则是选择性的切割没有被甲基化的核酸序列的限制性内切酶。所 述的步骤二的反应是先在37℃反应5h，然后在升温至90℃反应10min以使限制 性内切酶和甲基转移酶失去活性。所述的步骤二的反应总体系优选包括：50μL 总体系，包括浓度为2μM淬灭分子修饰的双链核酸、1μL酶反应的反应缓冲 液[10×buffer:200mM Tris-HAc,500mM KAc,100mM Mg(Ac)2,10mM DTT, pH7.9],浓度为80μMS-腺苷甲硫氨酸(SAM)，浓度为400U/mL限制性内切 酶、浓度为10U/mL甲基转移酶、浓度范围为0-1μM甲基转移酶抑制剂，余量 为去离子水。

按照本发明，将上述得到的混合溶液与四苯乙烯衍生物水溶液反应，对甲 基转移酶的活性进行检测。所述的反应温度为25度，反应时间优选为3分钟， 四苯乙烯衍生物的浓度优选为40μM，所述的四苯乙烯衍生物在水溶液中以自 由单体形式存在，没有荧光，结构式为：

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，实施例中涉及到的原 料均为商购获得。

实施例1

将一条两端都修饰了淬灭分子二甲氨基偶氮苯甲酰的短链核酸，如SEQ ID  No:1(5’-GTTGGG ATC GAG AG-3’)所示，和一条长链核酸，如SEQ ID No:4 (5’-AGT GAC ATG ATT TCC TCT CGA TCC CAA CCG CCG TAT AGA  TAG-3’)所示，在水溶液中混合，得到淬灭分子修饰的双链核酸(dsDNA3-2Q)；

在50μL的总反应体系中，将2μM dsDNA3-2Q、1μL酶反应的缓冲溶液 [10×buffer:200mM Tris-HAc,500mM KAc,100mM Mg(Ac)2,10mM DTT,pH 7.9]、80μMS-腺苷甲硫氨酸(SAM)、400U/mL限制性内切酶(DpnI)和不 同浓度的甲基转移酶Dam(浓度分别为0、0.25、0.5、1、2.5、5、10、20、40、 80和160U/mL)，置于37℃下5个小时，后置于90℃水浴锅中10min，使 Dam和DpnI失活，最后冷却至室温，得到混合溶液；

将上述混合溶液与50μL含有40μM四苯乙烯衍生物水溶液混合均匀，最 终得到的100μL溶液在25℃下放置3分钟，然后测试每个样品的荧光光谱，对 甲基转移酶Dam的活性进行检测。

所述的四苯乙烯衍生物的结构式为：

图1为本发明实施例1四苯乙烯衍生物随Dam的浓度变化曲线，从图1可 以看出，四苯乙烯衍生物荧光强度随着加入Dam的浓度的增加而增强。图2为 本发明实施例1四苯乙烯衍生物随Dam的浓度成正比的线性曲线图，从图2可 以看出，在0到20U/mL的酶浓度范围内，荧光强度与酶浓度成正比的线性关 系。说明可以利用本发明的检测方法对这个浓度范围内的酶活性进行定量检测。 该检测方法灵敏度高，能最低检测到0.25U/mL的酶活性。

实施例2

将一条两端都修饰了淬灭分子二甲氨基偶氮苯甲酰的短链核酸，如SEQ ID  No:2(5’-GTT GGC CGG GAG AG-3’)所示，和一条长链核酸，如SEQ ID No:5 (5’-AGT GAC ATG ATT TCC TCT CCC GGC CAA CCG CCG TAT AGA  TAG-3’)所示，在水溶液中混合，得到淬灭分子修饰的双链核酸(dsDNA4-2Q)；

在50μL的总反应体系中，将2μM dsDNA4-2Q、1μL酶反应的缓冲溶液[10× buffer:200mM Tris-HAc,500mM KAc,100mM Mg(Ac)2,10mM DTT,pH7.9]、 80μMS-腺苷甲硫氨酸(SAM)、400U/mL限制性内切酶(HpaII)和不同浓度 的甲基转移酶HpaII MTase(浓度分别为0、0.25、0.5、1、2.5、5、10、20、40、 80和160U/mL)，置于37℃下5个小时，后置于90℃水浴锅中10min，使 HpaII MTase和HpaII失活，最后冷却至室温，得到混合溶液；

将上述混合溶液与50μL含有40μM四苯乙烯衍生物水溶液混合均匀，最 终得到的100μL溶液在25℃下放置3分钟，然后测试每个样品的荧光光谱，对 甲基转移酶HpaII MTase的活性进行检测。

所述的四苯乙烯衍生物的结构式为：

实验结果表明：核酸在被HpaII MTase甲基化后，不能被限制性内切酶HpaII 切割，故四苯乙烯衍生物的荧光淬灭，荧光强度随着加入HpaII MTase的浓度的 增加而降低，说明可以利用本发明的检测方法对这个浓度范围内的酶活性进行 定量检测。

实施例3

将一条两端都修饰了淬灭分子二甲氨基偶氮苯甲酰的短链核酸，如SEQ ID  No:3(5’-GTT GGC GCG GAG AG-3’)所示，和一条长链核酸如SEQ ID No:6 (5’-AGT GAC ATG ATT TCC TCT CCG CGC CAA CCG CCG TAT AGA  TAG-3’)所示，在水溶液中混合，得到淬灭分子修饰的双链核酸(dsDNA5-2Q)；

在50μL的总反应体系中，将2μM dsDNA5-2Q、1μL酶反应的缓冲溶液 [10×buffer:200mM Tris-HAc,500mM KAc,100mM Mg(Ac)2,10mM DTT,pH 7.9]、80μMS-腺苷甲硫氨酸(SAM)、400U/mL限制性内切酶(BstUI)和不 同浓度的甲基转移酶M.SssI(浓度分别为0、0.25、0.5、1、2.5、5、10、20、 40、80和160U/mL)，置于37℃下5个小时，后置于90℃水浴锅中10min， 使M.SssI和BstUI失活，最后冷却至室温，得到混合溶液；

将上述混合溶液与50μL含有40μM四苯乙烯衍生物水溶液混合均匀，最 终得到的100μL溶液在25℃下放置3分钟，然后测试每个样品的荧光光谱，对 甲基转移酶M.SssI的活性进行检测。

所述的四苯乙烯衍生物的结构式为：

实验结果表明：核酸在被M.SssI甲基化后，不能被限制性内切酶BstUI切 割，故四苯乙烯衍生物的荧光淬灭，荧光强度随着加入M.SssI的浓度的增加而 降低，说明可以利用本发明的检测方法对这个浓度范围内的酶活性进行定量检 测。

实施例4

将一条两端都修饰了淬灭分子二甲氨基偶氮苯甲酰的短链核酸，如SEQ ID  No:1(5’-GTT GGG ATC GAG AG-3’)所示，和一条长链核酸如SEQ ID No:3 (5’-AGT GAC ATG ATT TCC TCT CGA TCC CAA CCG CCG TAT AGA  TAG-3’)所示，在水溶液中混合，得到淬灭分子修饰的双链核酸(dsDNA3-2Q)；

在50μL的总反应体系中，将2μM dsDNA3-2Q、1μL酶反应的缓冲溶液 [10×buffer:200mM Tris-HAc,500mM KAc,100mM Mg(Ac)2,10mM DTT,pH 7.9]、80μMS-腺苷甲硫氨酸(SAM)、400U/mL限制性内切酶(Dpn I)和浓 度为10U/mL甲基转移酶Dam，分别在上述体系中加入1μM的不同抑制剂(庆 大霉素、5-氟尿嘧啶、卞青霉素)，置于37℃下5个小时，后置于90℃水浴锅 中10min，使Dam和DpnI失活，最后冷却至室温，得到混合溶液；

将上述混合溶液与50μL含有40μM四苯乙烯衍生物水溶液混合均匀，最 终得到的100μL溶液在25℃下放置3分钟，然后测试每个样品的荧光光谱，对 甲基转移酶抑制剂进行检测。

所述的四苯乙烯衍生物的结构式为：

图3为本发明实施例4四苯乙烯衍生物荧光强度随不同的甲基转移酶抑制 剂和未加入甲基转移酶抑制剂变化曲线，从图3可以看出，加入甲基转移酶抑 制剂的样品荧光恢复均受到抑制，荧光强度都要低于未加抑制剂的样品。说明 本发明的检测方法能够用于甲基转移酶的检测。

实施例5

将一条两端都修饰了淬灭分子二甲氨基偶氮苯甲酰的短链核酸，如SEQ ID  No:1(5’-GTT GGG ATC GAG AG-3’)所示，和一条长链核酸如SEQ ID No:3 (5’-AGT GAC ATG ATT TCC TCT CGA TCC CAA CCG CCG TAT AGA  TAG-3’)所示，在水溶液中混合，得到淬灭分子修饰的双链核酸(dsDNA3-2Q)；

在50μL的总反应体系中，将2μM dsDNA3-2Q、1μL酶反应的缓冲溶液 [10×buffer:200mM Tris-HAc,500mM KAc,100mM Mg(Ac)2,10mM DTT,pH 7.9]、80μMS-腺苷甲硫氨酸(SAM)、400U/mL限制性内切酶(Dpn I)、浓度 为10U/mL甲基转移酶Dam和不同浓度的5-氟尿嘧啶(0、0.25、0.5、0.75和1 μM)，置于37℃下5个小时，后置于90℃水浴锅中10min，使Dam和DpnI 失活，最后冷却至室温，得到混合溶液；

将上述混合溶液与50μL含有40μM四苯乙烯衍生物水溶液混合均匀，最 终得到的100μL溶液在25℃下放置3分钟，然后测试每个样品的荧光光谱，对 甲基转移酶抑制剂5-氟尿嘧啶进行检测。

所述的四苯乙烯衍生物的结构式为：

图4为本发明实施例5四苯乙烯衍生物荧光强度随不同浓度的甲基转移酶 抑制剂变化曲线，从图4可以看出，加入的5-氟尿嘧啶浓度越高，样品荧光恢 复均受到的抑制越强，荧光强度也越低。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指 出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还 可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的 保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本 发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的， 本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它 实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要 符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。