核酸表觀遺傳是在堿基序列不變的情況下引起基因功能改變的遺傳機制。其中，5-羥甲基胞嘧啶（5hmC）被稱為哺乳動物DNA的“第六堿基”，受到了廣泛關(guān)注。作為另一種羥甲基嘧啶，5-羥甲基尿嘧啶（5hmU）可通過5hmC脫氨或胸腺嘧啶氧化等途徑生成，在細胞內(nèi)發(fā)揮重要作用。然而，5hmU的化學結(jié)構(gòu)與5hmC高度相似，且其細胞豐度不到后者的1%。因此，兩者的特異識別、區(qū)分極其困難，更無法在單細胞水平分析并探究其細胞功能。

單細胞5hmU/5hmC單分子可視化分析示意圖

針對上述問題，西安交通大學生命學院生命分析化學與儀器研究所趙永席教授團隊發(fā)展了可特異區(qū)分5hmU與5hmC的化學酶（chemoenzymatic）標記法，并構(gòu)建單細胞凝膠液滴微流控DNA擴增檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)單細胞5hmU/5hmC的單分子可視化分析，揭示細胞類型特異的表觀修飾位點數(shù)目、分布規(guī)律等分子特征，并利用深度學習算法，首次證實5hmU與5hmC可作為標志物，區(qū)分正常、致癌、高度轉(zhuǎn)移的乳腺細胞系。

相關(guān)成果以《微流凝膠編碼的單細胞5hmU/5hmC可視化分析》 （Differentiated Visualization of Single-Cell 5Hydroxymethylpyrimidines with Microfluidic Hydrogel Encoding）為題發(fā)表在國際化學領域權(quán)威期刊《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）上。該論文第一作者為西安交大生命學院陳鋒副教授與博士生薛靜，通訊作者是西安交大生命學院趙永席教授，第一單位為西安交大生物醫(yī)學信息工程教育部重點實驗室。上海交通大學樊春海院士對該工作提供了重要的指導。該項研究得到國家自然科學基金、西安交大青年拔尖人才計劃等多個項目的共同資助。

趙永席教授課題組研究方向包括高通量單分子與單細胞分析、核酸化學與生物學、功能納米材料與分子探針等。近3年在《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）、《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition）、《核酸研究》（Nucleic Acids Research）等國際權(quán)威刊物上發(fā)表多篇論文。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b11393

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