核酸表观遗传是在碱基序列不变的情况下引起基因功能改变的遗传机制。其中，5-羟甲基胞嘧啶（5hmC）被称为哺乳动物DNA的“第六碱基”，受到了广泛关注。作为另一种羟甲基嘧啶，5-羟甲基尿嘧啶（5hmU）可通过5hmC脱氨或胸腺嘧啶氧化等途径生成，在细胞内发挥重要作用。然而，5hmU的化学结构与5hmC高度相似，且其细胞丰度不到后者的1%。因此，两者的特异识别、区分极其困难，更无法在单细胞水平分析并探究其细胞功能。
单细胞5hmU/5hmC单分子可视化分析示意图
针对上述问题，西安交通大学生命学院生命分析化学与仪器研究所赵永席教授团队发展了可特异区分5hmU与5hmC的化学酶（chemoenzymatic）标记法，并构建单细胞凝胶液滴微流控DNA扩增检测系统，实现单细胞5hmU/5hmC的单分子可视化分析，揭示细胞类型特异的表观修饰位点数目、分布规律等分子特征，并利用深度学习算法，首次证实5hmU与5hmC可作为标志物，区分正常、致癌、高度转移的乳腺细胞系。
相关成果以《微流凝胶编码的单细胞5hmU/5hmC可视化分析》（Differentiated Visualization of Single-Cell 5‑Hydroxymethylpyrimidines with Microfluidic Hydrogel Encoding）为题发表在国际化学领域权威期刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。该论文第一作者为西安交大生命学院陈锋副教授与博士生薛静，通讯作者是西安交大生命学院赵永席教授，第一单位为西安交大生物医学信息工程教育部重点实验室。上海交通大学樊春海院士对该工作提供了重要的指导。该项研究得到国家自然科学基金、西安交大青年拔尖人才计划等多个项目的共同资助。
赵永席教授课题组研究方向包括高通量单分子与单细胞分析、核酸化学与生物学、功能纳米材料与分子探针等。近3年在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）、《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）、《核酸研究》（Nucleic Acids Research）等国际权威刊物上发表多篇论文。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b11393
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