Ultrasensitive detection of 5-hydroxymethylcytosine in genomic DNA using a graphene-based sensor modified with biotin and gold nanoparticles

5-羟甲基胞嘧啶 石墨烯 检出限 DNA甲基化 DNA去甲基化 表观遗传学 DNA 基因组DNA 生物素 胶体金 化学 分子生物学 材料科学 纳米技术 基因 生物化学 纳米颗粒 基因表达 生物 色谱法
作者
Habibulla Imran,Hyunji Lee,Asrar Alam,Jungeun An,Myunggon Ko,Sooman Lim
出处
期刊:Materials today bio [Elsevier]
卷期号:27: 101123-101123 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.mtbio.2024.101123
摘要

Ten-eleven translocation (TET) proteins orchestrate deoxyribonucleic acid (DNA) methylation-demethylation dynamics by oxidizing 5-methylcytosine to 5-hydroxymethylcytosine (5hmC) and are frequently inactivated in various cancers. Due to the significance of 5hmC as an epigenetic biomarker for cancer diagnosis, pathogenesis, and treatment, its rapid and precise quantification is essential. Here, we report a highly sensitive electrochemical method for quantifying genomic 5hmC using graphene sheets that were electrochemically exfoliated and functionalized with biotin and gold nanoparticles (Bt-AuNPs) through a single-step electrical method. The attachment of Bt-AuNPs to graphene enhances the specificity of 5hmC-containing DNA and augments the oxidation of 5hmC to 5-formylcytosine in DNA. When coupled to a gold electrode, the Bt-AuNP-graphene-based sensor exhibits exceptional sensitivity and specificity for detecting 5hmC, with a detection limit of 63.2 fM. Furthermore, our sensor exhibits a remarkable capacity to measure 5hmC levels across a range of biological samples, including preclinical mouse tissues with varying 5hmC levels due to either TET gene disruption or oncogenic transformation, as well as human prostate cancer cell lines. Therefore, our sensing strategy has substantial potential for cancer diagnostics and prognosis.
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