生物质谱在核酸研究中的应用

核酸(nucleic acid)是一类重要的生物大分子，作为遗传信息的携带者，与肿瘤发生、放射损伤及遗传性疾病等有密切关系。传统的核酸分析技术包括核酸的分离纯化及鉴定，常用的色谱或电泳技术只能对其浓度和纯度进行分析，而对其碱基组成、序列等结构信息却无法分析。生物质谱技术在分析核酸结构功能及其与其他分子相互作用的研究上具有传统技术无可比拟的优越性。

1.DNA检测　DNA的化学结构具有特殊性，如其结构中存在着磷酸基团，使其在激光解吸离子化过程中易形成碎片，导致分辨率下降。离子延迟引出技术的应用，提高了MALDI-MS的分辨率，开创了质谱应用于DNA研究领域的新局面。邓慧敏等也应用DEMALDI-MS法测定了混合碱基DNA，获得了高分辨率的DNA质谱图。

(1)DNA分子质量的测定：MALDI-MS曾用来测定核酸的分子量，但是由于核酸分子带有磷酸基，极性和电负性大，以及分辨率低等缺点，迄今为止用此种技术分析出最大分子质量的DNA只含500个碱基对。ESI-MS分析核苷酸也不如分析蛋白质灵敏，有研究用铵盐处理DNA样品，含有48个碱基对的寡核苷酸可用电喷雾-傅里叶变换质谱仪(ESI-FTMS)进行分析。

(2)DNA序列测定：用质谱法进行DNA序列的测定主要有3种方法：Sanger反应质谱测序法、酶解质谱测序法和质谱裂解测序法。基于MALDI-TOF-MS的核酸测序技术如图9-12所示，该技术还可用于单核苷酸多态性和短的串联重复序列的分析。

图9-12　基于MALDI-TOF-MS的核酸测序技术

2.对与寡核苷酸形成的非共价复合物的分析　对与寡核苷酸形成的非共价复合物的分析目前主要应用ESI-MS进行研究，因为ESI的软离子化过程不会对非共价复合物造成较大的影响。

(1)对寡核苷酸与蛋白质间形成的复合物的研究：人体内DNA不断地进行许多重要的生命活动，包括DNA修复、复制、转录和翻译等都是通过特定的DNA与蛋白质间相互作用进行调节的。科学家已经用ESI-MS研究了DNA与蛋白质间形成的复合物中各成分的比例、DNA与蛋白质间结合的特异性以及蛋白质与特定DNA(RNA)序列间结合力的大小。

(2)对寡核苷酸与小分子配体间相互作用的研究：DNA分子与其他小分子配体(如抗肿瘤、抗病毒制剂)相互作用是药物发生作用的基础，而将现代质谱技术应用于分子间相互作用将有利于提高检验的速度和准确性。RosuF等利用ESI-MS研究三链和四链DNA，同时还用ES/ES研究了MesoporphyrinⅨ(一种与四链DNA特异性结合的药物)与四链DNA形成的复合物，发现药物在与四链DNA结合的过程中，并没有取代与DNA结合的NH4+，从而推断这种药物的结合位点位于四链DNA的外部。

3.对基因缺陷疾病的诊断　利用生物质谱技术对寡核苷酸片段进行医学诊断主要集中于由于基因突变、缺失等因素而导致的各种疾病，如Chang L等应用MALDI-TOF-MS在囊性纤维化患者中检测到基因突变。

由于生物质谱技术具有准确、快速、易于大规模和高通量检测等优势使其能够对合成的寡核苷酸进行质量监测和控制。但是由于碱基断裂、基体或痕量碱金属离子导致加合物生成以及寡核苷酸链长度增加等因素常常降低质谱分析的准确度和分辨率，因此生物质谱技术在核酸分析方面的应用还受到一定的限制。