2020年CAIA獎特等獎獲獎項目成果簡介：高靈敏DNA/RNA表觀遺傳修飾分析新方法
完成單位：中國科學院生態環境研究中心
完成人：汪海林，賴瑋毅，劉保東，劉曉玲，莫杰珍，張寧，章大鵬，李哲，尹俊發，吳丹妮
成果簡介：
針對生命科學中的前沿分析科學問題，建立和發展了一系列國際領先或先進的表觀遺傳修飾分析新方法新技術，主要成果如下：
核酸表觀遺傳修飾的高靈敏分析與測序新技術。發展了一系列DNA損傷和核酸表觀遺傳修飾的檢測和測序新技術、新方法，垂直超濾膜輔助DNA酶解法(Anal. Chem. 2018a)、級聯酶反應器快速酶切技術(Anal. Chem. 2016; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018)、穩定同位素標記核苷示蹤法(Anal. Chem. 2017)及多輪免疫沉淀富集-全基因組測序法(Anal. Chem. 2018b)等。發展的5hmC方法已獲專利授權，并實現專利轉化。
DNA 5mC氧化產物作為潛在診斷標志物。與上海東方肝膽醫院合作,發現5mC的氧化產物5hmC和5fC的降低可預示肝癌的發生、發展；且肝癌基因組中5hmC和5fC的下降與HCC患者預后不良有關(Hepatology, 2019)。
表觀遺傳領域的新發現。利用發展的穩定同位素示蹤技術，揭示了哺乳動物復制依賴性DNA 6mA生成新機制(Cell Res, 2020, IF20.5, Nature Publishing Group)。與基因組所合作，在RNA表觀遺傳學層面，揭示了mRNA m5C 形成的酶學機制，發現并證明了mRNA m5C修飾具有引導mRNA出核功能與機制(Cell Res, 2017,封面)。另外，發現多種環境小分子可與DNA去甲基化酶的交互作用(ACS Chem. Biol., 2017; Metallomics, 2018; Environ. Health. Perspect., 2020）。
在Cell Res., Hepatology, Cell Discovery, EHP和AC等學術期刊發表SCI論文17篇。相關技術和成果被Nature引用或應用，受到國際和國內同行高度評價。
創新點及科學價值：
發展了高靈敏度DNA/RNA甲基化分析新方法，具有原理創新性，并具有重要的理論研究價值和方法學意義：1）發展了代謝依賴的穩定同位素腺苷酸標記法，在基于UHPLC-MS/MS的真核生物N6-甲基腺苷分析中，鑒定真實6mA水平；2）發展了DNA 6mA多重免疫沉淀（MrIP）富集方法，實現基因組DNA 6mA高效富集；3） 發展了垂直超濾膜輔助DNA酶解的普適性預處理方法；4）發展了級聯酶反應器快速酶切技術。
將發展的新方法用于DNA/RNA 甲基化過程及表觀遺傳修飾機制研究，揭示了表觀遺傳修飾的含量、相關酶、表觀遺傳修飾與癌癥發生的關系，環境小分子與基因相互作用等機制，對生物學研究、環境分子與基因相互作用研究有重要應用價值：1）發現了哺乳動物DNA 6mA新來源；2）鑒定了信使RNA 5-甲基胞嘧啶及相應甲基化轉移酶篩選；3）DNA 5mC氧發化產物作為表觀遺傳效應標志物；4）發現多種環境小分子可與DNA去甲基化酶的交互作用。
社會經濟效益：
本項成果對DNA/RNA表觀遺傳修飾整體水平分析，技術指標達到國內領先水平，獲得的數據已成為多個國際實驗室的參考標準。
本成果中涉及的UHPLC-MS/MS分析癌組織、癌旁組織表觀遺傳修飾的方法，有望作為肝癌早期臨床診斷的方法。
應用前景：
1．生命科學研究,本成果開發的一系列DNA/RNA修飾的分析方法，為揭示表觀遺傳修飾在生命過程中的作用提供有力工具。
2．新藥開發，DNA/RNA修飾的快速、準確分析方法，可篩選調控表觀遺傳修飾的藥物。
3.環境健康研究，本成果涉及的UHPLC-MS/MS分析癌組織、癌旁組織表觀遺傳修飾，提示DNA/RNA 修飾可作為毒理研究的表觀遺傳標志物，表觀遺傳修飾水平檢測有望輔助癌癥早期診斷。
