Angew. Chem. :端粒酶辅助的DNA纳米机器实现活细胞内再生运行

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核酸分子凭借其独特的可编程特性和高特异性,在构建智能生物传感器件中显示出广阔的潜力。近年来随着纳米材料的发展,由纳米材料和功能核酸组装而成的三维(3D)DNA纳米机器受到了越来越多的关注。高密度的结合和催化位点赋予了3D DNA纳米机器更高的反应活性和信号输出。通过定制纳米机器的响应模块,已经可以实现多种生物标志物的细胞内原位成像。然而,DNA纳米机器运行后对轨道的损伤会造成纳米机器进一步运行受阻,从而限制了细胞中低丰度物种检测的灵敏度。因此,在活细胞中构建自修复可再生的DNA纳米机器是一个巨大的挑战。


最近,南京大学的朱俊杰教授、张剑荣教授、闵乾昊教授等提出了一种端粒酶激活的可再生DNA纳米机器,用于活细胞中人脱嘌呤脱嘧啶核酸内切酶(APE1)的高灵敏原位成像。



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图1、 端粒酶(TE)可激活的再生DNA纳米机器(NE-AP/NF)用于细胞内APE1成像。

该DNA纳米机器引入可被APE1特异性识别和切割的AP位点,在细胞内APE1的作用下,纳米机器的W链释放,W链以DNA链置换反应为驱动力在纳米机器的轨道链上行走。同时细胞内TE作为轨道工程师,可识别并延伸纳米机器的轨道链。在燃料链充足的情况下,W链可在修复延伸的轨道链上再次行走,从而实现纳米机器在细胞内的再生运行。而运行期间累积的荧光信号,可完成细胞内APE1的原位成像。

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图2、TE激活NE-AP/NF纳米机器在细胞外再生运行。

研究表明,TE存在时,APE1触发的NE-AP/NF纳米机器运行时间更长,可输出更高、更灵敏的信号。为了探究APE1在不同细胞系中表达水平的差异,作者选择MCF-7细胞(人乳腺癌细胞)、HeLa细胞(人宫颈癌细胞)和L02细胞(人正常肝细胞)作为模型细胞。结果表明NE-AP/NF纳米机器在不同细胞系中,在TE-ON及TE-OFF两种状态下均可以指示APE1的差异表达。此外TE-ON和TE-OFF条件下荧光信号强度比(IY/IN)可以量化不同细胞系内TE对纳米机器的信号贡献。

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图3、NE-AP/NF纳米机器在不同细胞系内对APE1成像。

综上所述,该TE激活的可再生DNA纳米机器,将TE延伸轨道与APE1触发结合,实现了在活细胞中的再生运行,及APE1的特异性原位成像。此外,通过控制NE-AP/NF纳米机器的再生运行,该纳米机器可指示TE在不同细胞系内的差异表达。这项研究为开发更适用、更高效的DNA纳米机器提供了一种新的范式。

文信息

A Telomerase-Assisted Strategy for Regeneration of DNA Nanomachines in Living Cells

Dr. Qianying Zhang, Dr. Yihan Wang, Prof. Wenjing Wang, Prof. Qianhao Min, Prof. Jian-Rong Zhang, Prof. Jun-Jie Zhu


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202213884




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