氨基苄基溴尿嘧啶标

碱基编辑（base editing，BE）作为前沿的基因组编辑技术，能够在基因组水平上实现精确、高效的单碱基编辑。该技术广泛应用于基础研究、基因治疗和细胞工厂构建等领域。常用的DNA碱基编辑器主要是通过将可编程的DNA结合蛋白（如Cas9）与碱基脱氨酶融合实现的，包括胞嘧啶碱基编辑器（CBE）、腺嘌呤碱基编辑器（ABE）以及糖基化酶碱基编辑器（GBE）等，可以实现C-to-T、A-to-G以及C-to-G等种类的碱基编辑。然而，这些碱基编辑器是针对C和A碱基的直接编辑，且所包含的脱氨酶可能导致非Cas9依赖的DNA或RNA脱靶。 中国科学院天津工业生物技术研究所研究员毕昌昊带领的合成生物技术研究团队，联合研究员张学礼带领的微生物代谢工程研究团队，开发了不依赖脱氨酶（deaminase-free，DAF）的碱基编辑器DAF-CBE和DAF-TBE，分别在大肠杆菌中实现C-to-A、T-to-A的碱基颠换，在哺乳动物细胞中实现C-to-G、T-to-G的碱基颠换编辑。 该研究通过定向进化改造了人源尿嘧啶糖基化酶（UNG）的两个突变体UNG（N204D）和UNG （Y147A），获得了两种高活性的DNA糖基化酶，分别可以作用于胞嘧啶碱基的CDG4和胸腺嘧啶碱基的TDG3。进而，研究将这两种DNA糖基化酶与nCas9（Cas9、D10A）融合，构建了CDG4-nCas9和TDG3-nCas9两种碱基编辑器，用于在大肠杆菌中进行C-to-A和T-to-A的编辑。实验结果显示，CDG4-nCas9和TDG3-nCas9在大肠杆菌中的编辑效率最高分别达到58.7％和54.3％。进一步，研究针对Homo sapiens密码子优化版本的CDG4-nCas9和TDG3-nCas9，在HEK293T细胞中实现了C-to-G和T-to-G的颠换编辑，编辑效率分别达到38.8%和48.7%。这两种编辑器的脱靶效果低于常用的胞嘧啶碱基编辑器（BE4max）和糖基化酶碱基编辑器（CGBEs）。因此，研究将这两个编辑器命名为DAF-CBE和DAF-TBE。此外，通过进一步的工程改造，该团队优化了CDG和TDG的空间位置，得到了DAF-CBE2和DAF-TBE2的新版本。它们的编辑窗口从原来的间隔序列（protospacer sequence）5'端移动到中间区域，且C-to-G和T-to-G的编辑效率分别提高了3.5倍和1.2倍。DAF-CBE和DAF-TBE实现了人诱导多功能干细胞（hiPSC）高效编辑。 综上所述，经过定向进化改造，该团队开发的DAF-CBEs和DAF-TBEs碱基编辑器在大肠杆菌和哺乳动物细胞中实现了高效的碱基颠换编辑，无需使用脱氨酶。与现有的引导编辑器（prime editing）或糖基化酶碱基编辑器（GBEs）相比，DAF-BEs具有相当的编辑效率、更小的尺寸和更低的脱靶率，这扩展了碱基编辑器的编辑类型，为工业菌株铸造和生物医药等领域的相关研究提供了新的技术工具。 近日，相关研究成果发表在《自然-生物技术》（Nature Biotechnology）上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、天津市合成生物技术创新能力提升行动专项、中国科学院青年创新促进会和天津市自然科学基金的支持。论文链接DAF-BEs碱基编辑器的设计及进化

将极性官能团嵌入烷基链中的液相色谱固定相是在上世纪90年代早期推出的，它具有的一个最大优势就是减少了填料表面游离硅烷基与碱性分析物之间的次级相互作用，从而改善了分析碱性化合物所得到的峰形。 传统的极性嵌入反相色谱柱，是将氨基酰氯基团键合在硅胶表面，这种键合方式，会造成硅胶表面有残留的氨基。残留的氨基呈现碱性特性，分析酸性物质（如有机酸）时，会造成峰形拖尾。月旭科技采用独特的键合工艺，解决了传统工艺硅胶表面氨基残留的问题，同时采用双封尾技术，进而可以得到极佳的对称峰型。Ultimate Polar-RP色谱柱——与普通C18选择性不同的反相柱比AQ柱耐相塌陷能力更强的水性柱。 极性基团的嵌入，使烷基相在流动相中有机相比例极低时（甚至100%水流动相时）也能被水溶剂化润湿，不会发生相塌陷现象。对极性物质的保留和选择性更佳。保留方面增强的例子如尿嘧啶，因为其不在大多数反相柱上有保留，通常用作死体积的标定试剂。但Polar RP柱，在100%水流动相条件下，尿嘧啶是有保留的，出峰时间甚至在5-氟胞嘧啶和胞嘧啶之后。 测定酸性化合物时，可以得到完美的峰型。由于酸性物质大部分都是极性物质，Polar-RP的极性基团对其有很好的保留，所以可以得到很好的分离和峰形。 与其它厂家同类型色谱柱测试酸性化合物得到的谱图对比 测定碱性化合物时，可以得到完美的峰型。由于极性嵌入基团把硅胶表面的残余硅醇基屏蔽掉了，所以可以得到对称的峰形。

高效色谱柱筛选尿嘧啶和黄嘌呤，即咖啡因、可可碱和茶碱，是一组在各种生物过程和人类消费中起重要作用的有机化合物[1-3]。这些分子属于杂环化合物，其特点是含有碳原子和氮原子的环状结构。尿嘧啶是 RNA(核糖核酸)的基本组成部分，RNA 是形成遗传密码并参与蛋白质合成的基本核碱基之一。另一方面，黄嘌呤、咖啡因、可可碱和茶碱是一类结构相似但生物效应不同的生物碱[1-3]。这些黄嘌呤存在于各种植物中，是一种众所周知的兴奋剂，可以穿过血脑屏障，影响中枢神经系统。在 RP(反相色谱)[1-3]条件下(SN_802_2023)， LC(液相色谱)可分离生物碱。超临界流体色谱(SFC)是一种使用超临界二氧化碳(CO2)作为流动相的基本成分的色谱技术。这种状态的二氧化碳被称为超临界，它具有独特的特性，如高扩散系数和低粘度，使其成为分离和分析化合物的绝佳溶剂。与传统色谱方法相比，SFC 提供了许多优势，包括更快的分析时间，更低的溶剂消耗和分离的差异选择性。此外，与 RP-LC 相比，SFC 代表了一种正交技术，为各种分析挑战提供了互补的分离能力。在 SFC 中，色谱柱筛选包括测试不同的固定相，以找到最适合特定分离任务的固定相。固定相是色谱系统的重要组成部分，因为它直接影响色谱的选择性。不同的固定相具有不同的化学功能和与分析物的相互作用，使它们或多或少地选择特定的化合物。通过筛选和选择合适的色谱柱，可以优化分离条件，以获得更好的目标分析物的分辨率和灵敏度。本文描述了使用 Sepmatix 8x SFC 仪器对尿嘧啶、咖啡因、可可碱和茶碱混合物进行平行柱筛选，随后转移到制备的 Sepiatec SFC-50。1设备Sepiatec SFC-50 instrumentSepmatix 8x SFC instrumentPrepPure Silica, 5μm, 250 x 10mmPrepPure Diol, 5μm, 250 x 10mmPrepPure Silica, 5μm, 250 x 4.6mmPrepPure Diol, 5μm, 250 x 4.6mmPrepPure Amino, 5μm, 250 x 4.6mmPrepPure 2-EP, 5μm, 250 x 4.6mmReprosil 4-EP, 5μm, 250 x 4.6mm (Dr. Maisch GmbH)PrepPure PEI, 5μm, 250 x 4.6mmPrepPure CBD, 5μm, 250 x 4.6mmCyano, 5μm, 250 x 4.6mm, (Dr. Maisch GmbH)2试剂和材料二氧化碳(99.9%)甲醇(≥99%)尿嘧啶(99% + %)可可素(99%)咖啡(99%以上)茶碱(99%)3实验样品制备：在 50/2.5mL 甲醇/水混合液中，40℃ 下用超声水浴溶解 0.05g 尿嘧啶，0.07g 咖啡因，0.055g 可可碱，0.085g 茶碱。Sepmatix 8x SFC 筛选运行条件：流动相：A =二氧化碳：甲醇流速：3ml /min(每柱)流动相条件：0-0.5min：5% B0.5-8.0min：5 - 50%8.0-9.4min：50%9.4-9.5min：50 - 5%9.5-10min：5% B检测：紫外扫描波段：200nm - 600nm筛选运行是自动开始的。使用流量控制单元将流量设置为每通道 3mL/min，并平衡色谱柱。自动进样(V=5 μL)，开始平行筛选(运行时间=10min)。背压调节器设置为 150bar，柱箱加热至 32°C。SFC-50 运行条件：流动相：A =二氧化碳；B=甲醇流动相条件：等度运行条件检测：紫外波长 270nmSFC 柱在规定的流速下条件预热 3 分钟，使用定量环自动注入样品并开始运行。背压调节器设置为 150bar，柱箱加热至 40°C。3结果与讨论用 Sepmatix 8x SFC 筛选色谱柱：为了确定样品的最佳分离选择性，进行了不同色谱柱的筛选。使用 Sepmatix 8x SFC 仪器可以高效地同时筛选8个色谱柱。因此，最佳选择性可以在很短的时间内确定。为此，使用了 8 种不同的固定相:硅胶、二醇基、氨基、氰基、2-EP、4-EP、PEI 和 CBD，图1显示了筛选的结果。▲图1：Sepmatix 8x SFC 仪器筛选结果。从左到右依次为:硅胶、氨基、氰基、二醇基；下从左至右依次为：2-EP、4-EP、PEI、CBD 柱；运行时间=10分钟用分辨率(R)来衡量色谱方法在色谱图中分离和区分两个相邻峰的能力，它量化了分析物相互分离的程度。表 1 显示了 4 组分分离的分辨率值。使用 Sepmatix 软件和以下公式自动确定：其中tR1 和 tR2 代表 组分 1 或组分 2 的保留时间W1 和W2 代表分量1或分量 2 峰高一半处的宽度在处理复杂的混合物时，分辨率尤其重要，因为它确保每个分析物都被很好地分离，并且可以准确地识别和定量。分辨率为 1 表示峰值根本没有被分解，基本上是合并的，而更高的分辨率值表示峰值之间的分离更好。在使用过程中，分辨率至少应达到 1.5，才能以适当的定量和鉴定分析物。色谱柱R1R2R3硅胶1.574.183.79氨基5.421.264.44氰基未分离3.351.69二醇3.925.12.292-EP3.622.72未分离4-EP9.462.87未分离PEI9.931.8610.8CBD5.011.274.51表1：SFC 不同筛选条件下的分辨率值R 值的筛选和评价表明，硅胶、二醇基和 PEI 相对样品的分离选择性最好。二醇基在运行时间和分辨率方面表现出最佳性能。硅胶柱上的分离并不完全是茶碱和咖啡因的基线分离。PEI 相的运行时间相对较长，因为样品分子的位阻较大。表 2 为洗脱顺序，这是通过测定的光谱和组分的单独进样来确定的。与其他相相比，硅胶显示出不同的洗脱顺序。对于氰基、2-EP 和 4-EP，不能完全确定洗脱顺序。色谱柱洗脱顺序硅胶茶碱，咖啡因，尿嘧啶，可可碱氨基咖啡因，茶碱，可可碱，尿嘧啶氰基咖啡因和茶碱的双峰，可可碱，尿嘧啶二醇咖啡因，茶碱，可可碱，尿嘧啶2-EP咖啡因，茶碱，可可碱和尿嘧啶的双峰4-EP咖啡因，茶碱，可可碱和尿嘧啶的双峰PEI咖啡因，茶碱，可可碱，尿嘧啶CBD咖啡因，茶碱，可可碱，尿嘧啶表2：SFC 不同色谱柱筛选条件下的洗脱顺序将开发方法通过 SFC-50 放大：由于二醇基取得了最好的结果，因此选择了 5μm, 250 x 10mm 的 PrepPure 二醇基进行 Sepiatec SFC-50 方法放大制备。由于通过堆叠注射法纯化混合物的效率明显高于多次梯度注射法，该方法是在等度运行条件下实施的，这是使用堆叠进样的要求。在等度条件下，样品只能在低甲醇含量下分离(见图2，下)。在高甲醇浓度下，由于流动相的高洗脱强度，尿嘧啶、咖啡因、茶碱和茶碱是不可分离的(见图2，上)。▲图2：使用 PrepPure Diol 5 μm, 250 x 10mm 色谱柱分离样品。上:流速= 20 mL/min, 150 bar, 40℃，270nm, 33% B，进样量= 0.09 mL，运行时间= 4 min；下:流量= 20 mL/min 150 bar 40°C, 270 nm, 12%甲醇，0.09 mL，运行时间= 5 min改变压力和温度可以优化分辨率。最佳分离条件为 40℃ 和 150bar。图 3 为图 2(下)实验条件下的堆叠进样情况，堆叠时间为 2.42min，因此每 2.42min 进样一次。在这种情况下，由于每次额外注入节省了平衡时间，因此提高了产能。为了更有效的多次分离，可以使用硅胶填料。使用 34% 的甲醇作为改性剂，将堆叠时间缩短至 2.15min。与二醇基相比，硅胶填料在 100bar 下表现出更好的性能。然而，在 1.5 的分辨率下，咖啡因和茶碱并不能获得理想的基线分离。由于硅胶的极性比二元醇高，为了快速洗脱，必须增加改性剂的含量，但这也导致溶剂消耗增加。4结论在本文中，使用 Sepmatix 8x SFC 进行柱筛选，并将开发结果转移到 Sepiatec SFC-50 进行放大。在色谱参数分辨率和运行时间方面，二醇基表现出最好的效果。对于二醇基，根据筛选结果，在 Sepiatec SFC-50 仪器上采用 250 × 10 mm 柱进行等度堆叠进样。作为比较，开发了另一种用于硅胶填料的方法，但分辨率值略差。这种分离表明，要想在 prep-SFC 中获得一个好的分离方法，事先通过柱筛选确定最佳选择性是很重要的。然后，该方法可以在 prep-SFC 上简单实现，并进行了优化。最理想的是，该方法在等度条件下应用，以最大限度地提高产量。每次注射后的叠加紫外信号表明该方法具有良好的再现性(图3和4，下面)。垂直线描述了收集相应分数的时间窗口。▲图3：堆叠进样与二醇柱分离。流速= 20 mL/min, 150 bar, 40℃，270 nm, 12% B，进样量= 0.12 mL；堆叠时间:2.42 min，注射次数：8次；上图：最终色谱图；下图为各注射剂的紫外信号叠加图▲图4：堆叠进样与硅胶柱分离。流速= 16 mL/min, 100 bar, 40℃，270 nm, 34% B，进样量= 0.09 mL；堆叠时间:2.15 min，注射次数：7次；上图：最终色谱图；下图：分别在254 nm和270 nm处注射的叠加紫外信号5参考文献https://doi.org/10.1093/chromsci/46.2.144DOI: 10.1021/jf030817mDOI: 10.1016/j.foodchem.2004.11.013DOI: 10.1016/j.saa.2004.03.030Laboratory Chromatography Gμide, ISBN 3-033-00339-7, by Büchi Labortechnik AG (Switzerland)