DNA nanosystem文献分享

Analytcial Chemistry|分子信标分子内加速组装:基于DNA纳米结构的末端脱氧核苷酸转移酶生物传感空间限制策略

 

末端脱氧核苷酸转移酶(TdT)于1972年在小牛胸腺中被发现，它能够催化核苷酸在带有3 ' -羟基(OH)末端的寡核苷酸链上的不依赖模板的逐步添加。TdT在临床医学和血液病理学中的主要生理功能的兴趣源于急性淋巴母细胞白血病(ALL)、急性未分化白血病(AUL)和急性髓系白血病(AML)的一个亚群中出现高水平的酶活性。有研究者认为TdT的诊断、预后、分型、随访和评估意义可作为上述疾病的重要诊断生物标志物而被广泛应用。它允许研究人员研究DNA修复机制的效率和细胞的整体基因组稳定性。因此，TdT活性的检测不仅在癌症生物学、分子诊断和血液疾病中至关重要，而且在理解细胞动力学、疾病机制和指导治疗干预方面也至关重要。

到目前为止，TdT分析的常规方法主要是基于凝胶电泳和免疫分析法然而，它们受到放射性危害和复杂操作的限制，也受到抗体成本高和稳定性差的限制。目前提出的生物传感器放大器的反应依赖于聚合后的DNA尾部与其他反应物在本体溶液中的随机碰撞和相互作用，这不仅导致了较长的反应时间，而且降低了反应效率。此外，还有一些研究利用无机纳米颗粒作为反应介质来辅助反应物和信号传递。纳米颗粒的合成通常涉及耗时和劳动密集型的过程来制备、纯化和表征材料，降低了检测的简单性和用户的无友性。这些情况清楚地表明，目前检测TdT活动的技术仍然面临重大挑战。因此，对TdT检测的替代策略的开发是一个持续和不断增长的需求，它可以有效地克服随机碰撞反应动力学和无机纳米颗粒的使用相关的限制。

 

近日，合肥工业大学徐建国副教授，安徽大学吴李君教授团队在Analytcial Chemistry期刊上发表了题为“Intramolecular Accelerated Assembly of Molecular Beacons: A DNA Nanoarchitecture-based Spatial Confinement Strategy toward Terminal Deoxynucleotidyl Transferase Biosensing”的研究论文。

https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c03103

该研究报道了一个目标触发的分子内加速分子信标(MB)组装，用于快速和实时分析TdT活性。

3D DNA纳米结构首先是通过交联网络杂交链反应(HCR)来设计的。用聚胸腺嘧啶(poly-T)环设计了若干mb，然后将其偶联在支架DNA纳米结构上，使获得的MB-DNA纳米结构在超级DNA纳米结构内外含有大量的自由3 ' -羟基(OH)末端。此外，由于MB对DNA纳米结构的限制，不同MB之间的距离较近，MB的局部浓度显著提高。一旦遇到目标TdT, TdT可以立即识别自由−OH基团，并催化腺嘌呤核苷酸的非模板结合，从而产生多个多聚a链，通过分子内加速组装过程与多个MBs快速反应。因此，基于时间依赖性的MBs荧光的显著增强可以应用于TdT的稳健分析。

 

不同策略之间的对比。

信号增长的行为解释以及矫正曲线。

证明选择性。

 

 

回收性实验。

 

综上所述，提出了一种基于DNA纳米结构的生物传感策略，该策略通过分子内加速组装分子信标来实现对TdT的超灵敏和特异检测。与传统的利用自由MBs感知TdT的分子间识别模型相比，支架DNA纳米结构的空间限制效应大大增加了目标识别的活性−OH位点，缩短了活性MBs之间的距离。三重效应导致多个长尾聚a与MB的分子碰撞频率显著增加，最终实现了靶催化信号生成反应动力学的显著改善。即使在20分钟内，该方法被观察到具有很高的灵敏度。此外，基于DNA纳米结构的检测方法对从人血清中筛选TdT具有良好的生物稳定性，为进一步监测活细胞中的TdT酶提供了潜在的应用前景。

 

编辑：王本初

 

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