2-Thiouracil (2TU): Properties, Applications & Lab Use
2-Thiouracil (2TU): Properties, Applications & Lab Use
2-Thiouracil(2TU) is a sulfur-substituted pyrimidine nucleobase analog in which the oxygen at the C2 position of uracil is replaced by a sulfur atom, conferring unique biochemical properties that make it a valuable tool for metabolic RNA labeling, transcription studies, and nucleic acid research.
- 化学名称
- 2-硫尿嘧啶(2-亚磺酰基-1H-嘧啶-4(3H)-酮)
- 分子式
- C₄H₄N₂OS
- 分子量
- 128.15 g/mol
- CAS号
- 141-90-2
- 关键结构特征
- C2位氧原子被硫原子取代
- 主要研究应用
- 代谢RNA标记与转录组分析
化学结构与物理性质
2-硫尿嘧啶(2TU)是一种天然存在且可人工合成的嘧啶类似物,分子式为C₄H₄N₂OS,分子量为128.15 g/mol(CAS号:141-90-2)。其结构与尿嘧啶相同,区别在于C2位的羰基氧被硫原子取代,形成硫酮官能团。这一单一原子替换显著改变了该化合物与典型尿嘧啶相比的氢键能力、互变异构平衡及紫外吸收特征。
2TU通常呈白色至类白色结晶粉末。在室温下,其在水和常见有机溶剂中的溶解度有限,但可溶于稀碱溶液或二甲基亚砜(DMSO),可用于实验室配制工作液。硫酮基团赋予该化合物特征性紫外吸收,可用于分析检测及光交联实验。储备液应新鲜配制,或在惰性气氛、低温条件下保存,以防止硫原子被氧化。
生化作用与掺入机制
在细胞系统中,2-硫尿嘧啶可被摄取并通过代谢转化为核苷和核苷酸形式,随后代替尿苷掺入新合成的RNA中。这一掺入过程由细胞嘧啶补救途径介导,该途径因2TU与尿嘧啶的结构相似性而将其识别为底物。掺入后,RNA中的2TU残基可通过化学方法被选择性捕获或检测,这些方法利用了硫醇/硫酮硫原子的独特反应性。
一个关键的下游应用是利用2TU标记RNA与巯基反应性试剂(如碘乙酰胺或N-乙基马来酰亚胺)反应的能力,或在紫外线照射下发生光交联反应。这些特性使研究人员能够从复杂的细胞背景中选择性地捕获、生物素化或富集新转录的RNA,从而实现对基因表达时间分辨率的分析,这是仅凭总RNA分析所无法实现的。
2-硫尿嘧啶的研究应用
代谢RNA标记与SLAM-seq/TT-seq:2TU被广泛用于脉冲标记策略,以区分新合成RNA与原有RNA。在基于硫醇连接烷基化的RNA代谢测序(SLAM-seq)及TT-seq等相关方法中,细胞在特定时间窗口内以4-硫尿嘧啶(4TU)或2TU处理。所得含硫RNA经烷基化处理后,会引入可通过下一代测序检测的突变,从而实现全转录组范围内RNA合成和降解速率的测量。
甲状腺功能研究:2TU及结构相关的硫尿嘧啶化合物在甲状腺激素生物合成研究中具有历史性及持续性作用,因为它们可抑制甲状腺过氧化物酶(负责甲状腺球蛋白碘化的酶)。这一药理活性使2TU成为内分泌学研究模型中有价值的工具化合物。
光交联研究:硫代尿嘧啶类似物的紫外反应特性能够实现RNA与相互作用蛋白质或核酸的位点特异性交联,有助于在体外及细胞系统中绘制RNA–蛋白质相互作用图谱。
核酸化学:2TU及其衍生物用于化学合成修饰寡核苷酸,应用于结构研究、适体开发以及RNA折叠和稳定性的研究。
操作、储存与安全注意事项
2-硫尿嘧啶的操作应遵循化学试剂标准实验室安全规程。在处理固体或溶液时,应始终佩戴适当的个人防护装备(PPE),包括手套、实验服和护目镜。应避免吸入粉尘;称量或溶解化合物时,应在通风良好的区域或通风橱中进行操作。
储存方面,2TU应密封保存,避免光照、潮湿和氧化剂,置于室温或按产品数据表规定的条件储存。含硫基团易被氧化;降解材料可能出现溶解度改变或变色现象。使用前请务必查阅Aladdin Scientific提供的最新安全数据表(SDS),并按照当地有机硫化合物废弃物处置法规处理废液和废物。
在DMSO或水性缓冲液中配制的工作液应尽量新鲜配制。若必须储存溶液,应在惰性气体(如氩气或氮气)保护下分装成单次用量冻存,以尽量减少氧化降解。
选择合适规格与订购信息
Aladdin Scientific以货号T106704提供2-硫尿嘧啶(2TU)。对于需要代谢标记或下游敏感分析(如下一代测序)的研究应用,高纯度至关重要。研究人员在使用前应核查HPLC纯度检测的分析证书(CoA),并确认相关杂质的缺失情况。
订购时,请根据实验规模进行考量:培养细胞的脉冲标记实验通常每次需要微克至毫克量级的用量,而大规模生化研究则可能需要克级用量。Aladdin Scientific技术支持团队可为您提供适合包装规格及大批量供货的建议。所有产品均附带CoA和SDS;如需其他文件,可通过客户服务门户申请。
常见问题
2-硫尿嘧啶(2TU)和4-硫尿嘧啶(4TU)有什么区别?
2-硫尿嘧啶的硫取代位于嘧啶环的C2位,而4-硫尿嘧啶的取代位于C4位。两者均可作为代谢RNA标记试剂,由细胞酶掺入新转录的RNA中。硫化位置的不同导致两者在光化学反应活性、化学衍生化效率及细胞毒性特征方面存在差异;研究人员应根据其具体实验条件选择最合适的类似物。
如何为细胞培养实验配制2-硫尿嘧啶工作液?
2-硫尿嘧啶水溶性有限,建议先将其溶于DMSO配制高浓度储备液(例如100 mM),然后在使用前立即稀释至预热的细胞培养基中,达到所需工作浓度。确保培养基中最终DMSO浓度不超过对您所用细胞系有毒的水平(通常≤0.1–0.5%)。如需无菌操作,应对工作液进行过滤除菌,并使用新鲜配制的溶液以避免硫基团氧化。
2-硫尿嘧啶可用于SLAM-seq或其他代谢RNA测序方案吗?
是的,包括2TU在内的含硫尿嘧啶类似物原则上可以掺入新合成的RNA,并随后经烷基化处理通过下一代测序进行检测。但研究人员应注意,大多数已发表的SLAM-seq和TT-seq方案是专门针对4-硫尿苷(s4U)或4-硫尿嘧啶(4TU)优化的。若使用2TU,需要对掺入条件、烷基化化学以及测序数据分析流程进行仔细优化,并强烈建议进行与已有类似物性能比较的验证实验。
2-硫尿嘧啶试剂的稳定性注意事项有哪些?
2TU中的硫酮基团易被氧化,可能随时间推移降低其纯度和功能活性。固体化合物应密封、干燥保存,避光并远离氧化剂。溶液应新鲜配制;若必须分装储存,应在惰性气体保护下冻存。请检查材料是否出现变色或溶解度变化等降解迹象,并参阅Aladdin Scientific的CoA以确认出厂时的纯度。
参考文献
- Ederth J. et al. Description of thiolated uracil analogs in metabolic RNA labeling. (Representative literature — specific citation needs verification.)
- Schwalb B. et al. TT-seq maps the human transient transcriptome. Science, 2016. (Describes metabolic labeling with thiouracil analogs.) doi:10.1126/science.aad9841
- Muhar M. et al. SLAM-seq defines direct gene-regulatory functions of the BRD4-MYC axis. Science, 2018. doi:10.1126/science.aao2793
- Shu Z. et al. Thyroid peroxidase inhibition by thiouracil compounds: a review of endocrinology research models. (Placeholder — specific citation needs verification.)
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