研究人員發(fā)現(xiàn)了一種較少為人所知的DNA相互作用方式，即正向或反向胡姆斯汀相互作用，使第三條鏈能夠加入其中，形成美麗的三鏈結(jié)構(gòu)。來自奧爾胡斯大學(xué)Gothelf實(shí)驗(yàn)室的研究人員描述了一種基于胡姆斯汀相互作用的雙鏈DNA組織方法。他們的論文《使用三鏈形成寡核苷酸將雙鏈DNA折疊成設(shè)計(jì)形狀》發(fā)表在《先進(jìn)材料》雜志上。

研究人員寫道：“基因組DNA的緊湊和組織是真核細(xì)胞的中心機(jī)制，但對(duì)雙鏈DNA（dsDNA）的工程結(jié)構(gòu)控制尤為具有挑戰(zhàn)性。在三鏈介導(dǎo)的自組裝中，通過三鏈形成的寡核苷酸（TFOs）通過正?；蚍聪蚝匪雇∠嗷プ饔门cdsDNA中的嘌呤結(jié)合?！?/p>

“在三鏈折紙方法中，這些非經(jīng)典相互作用被編程用于將長(zhǎng)dsDNA模板（線性或質(zhì)粒）折疊成定義良好的物體，這些物體展示了各種結(jié)構(gòu)特征：中空和充滿柵格、單層和多層、具有自定義曲率和幾何形狀，并具有無網(wǎng)格、方形或蜂窩褶皺的內(nèi)部排列方式。令人驚訝的是，集成和獨(dú)立的dsDNA環(huán)的長(zhǎng)度可以以近乎完美的效率調(diào)節(jié)，從數(shù)百個(gè)堿基對(duì)（2納米）減少到僅六個(gè)堿基對(duì)（2納米）。”

“由于dsDNA的固有剛性，這使得結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)健性和非周期性特征，因此與其他基于DNA自組裝的方法相比，可以用較少的起始材料形成近25,000個(gè)核苷酸的高密度三鏈結(jié)構(gòu)。密集三鏈結(jié)構(gòu)還能夠抵抗DNase I的降解。三鏈介導(dǎo)的dsDNA折疊方法在方法上簡(jiǎn)單直觀，并且與華生-克里克基于方法正交。此外，它實(shí)現(xiàn)了對(duì)dsDNA模板前所未有的空間控制。”

該研究表明，三鏈形成鏈能夠彎曲或“折疊”雙鏈DNA，從而形成緊湊的結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)的外觀范圍從中空的二維形狀到致密的三維構(gòu)造，以及包括類似盆栽花卉的結(jié)構(gòu)。Gothelf及其同事將他們的方法稱為三鏈折紙。

根據(jù)奧爾胡斯大學(xué)的研究人員表示，通過三鏈折紙，科學(xué)家可以實(shí)現(xiàn)對(duì)雙鏈DNA形狀的人工控制，這在以前是難以想象的，從而開辟了新的研究領(lǐng)域。最近的研究指出，三鏈形成在自然遺傳DNA的緊縮過程中起著一定作用，目前的研究可能為這一基本生物過程提供了見解。

在基因療法和其他領(lǐng)域的潛力

該研究還表明，胡姆斯汀介導(dǎo)的三鏈形成可以保護(hù)DNA免受酶降解。因此，使用三鏈折紙方法緊縮和保護(hù)DNA可能對(duì)基因療法具有重大意義，其中通過將缺失某種功能的疾病細(xì)胞編碼到可傳遞的雙鏈DNA中來修復(fù)這些細(xì)胞。

DNA序列和結(jié)構(gòu)的研究也已應(yīng)用于納米尺度材料工程，為治療學(xué)、診斷學(xué)和許多其他領(lǐng)域提供了應(yīng)用。

奧爾胡斯大學(xué)化學(xué)系和跨學(xué)科納米科學(xué)中心的Kurt V. Gothelf博士表示：“在過去的四十年中，DNA納米技術(shù)幾乎完全依賴華生-克里克堿基間的相互作用，將單條DNA鏈配對(duì)并組織成定制的納米結(jié)構(gòu)。我們現(xiàn)在知道，胡姆斯汀相互作用具有組織雙鏈DNA的相同潛力，這對(duì)該領(lǐng)域來說是一個(gè)重要的概念擴(kuò)展?！?/p>

Gothelf及其同事證明，胡姆斯汀介導(dǎo)的折疊與現(xiàn)代華生-克里克基于方法兼容。然而，由于雙鏈DNA的相對(duì)剛性，三鏈折紙結(jié)構(gòu)所需的起始材料較少，從而以更低的成本形成更大的結(jié)構(gòu)。

這種新穎的技術(shù)的局限性在于三鏈形成通常需要雙鏈DNA中長(zhǎng)的嘌呤堿基序列，因此研究人員使用了人工DNA序列，而不是自然遺傳DNA。然而，他們將在未來努力克服這一限制。

編輯：周敏

排版：李麗