信使RNA(Messenger RNA,mRNA)是一類由DNA作為模版轉錄而來的攜帶有遺傳信息的單鏈核糖核酸,作用是指導蛋白質的合成。mRNA能夠參與許多細胞的級聯反應,并與多種疾病的發生發展關系密切。開發可靠靈敏的mRNA傳感及成像方法對于生物醫學研究、疾病的早期臨床診斷至關重要。熵驅動的鏈置換反應是一種低成本、高效率的核酸等溫擴增方法。該技術不依賴聚合酶或核酸酶的催化作用,在目標物的引發下自動觸發雜交反應與鏈置換反應,不僅可以作為DNA邏輯運算的反應手段之一,也為生物分子檢測的多重循環信號放大提供了有力的工具。
近期,蘇州醫工所繆鵬課題組發展了一種在三維DNA四面體界面反應的熵驅動鏈置換體系,進一步基于熒光探針和MnO2轉運載體構建了一種新型的無酶熒光生物傳感器,實現目標mRNA的高靈敏檢測與細胞內成像(圖1)。
圖1 基于熵驅動鏈置換策略的高靈敏mRNA檢測示意圖
構造的DNA四面體頂點處延伸有四條單鏈區域,提供了多個鏈置換位點;設計了另外三條單鏈DNA組裝雙鏈結構,用于初始熒光信號的淬滅及目標mRNA的識別。當發生特異性結合時,從雙鏈立足點區域起始級聯鏈置換反應,并逐步圍繞DNA四面體的懸垂單鏈形成完整的互補雙鏈,置換的mRNA用于目標循環。最終得到的三維DNA納米結構能夠顯著地恢復熒光發射,用于指示目標mRNA的細胞內水平。該傳感器的可行性分別通過熒光與電化學技術得到了驗證(圖2)。
圖2 熵驅動鏈置換反應的熒光和電化學表征
為了獲得最佳的分析性能,研究人員對一些關鍵參數進行優化后,實現了亞飛摩爾量級的靈敏度。本工作中發展的熒光生物傳感器靈敏度高、特異性好,具有廣闊的應用潛力。
相關結果以“Entropy-Driven Strand Displacements Around DNA Tetrahedron for Sensitive Detection and Intracellular Imaging of mRNA”為題發表在Small Structures (IF = 15.9)。論文第一作者為博士研究生朱金文,通訊作者為繆鵬研究員。
論文鏈接:
https://doi.org/10.1002/sstr.202300420
審核編輯:劉清
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原文標題:基于熵驅動鏈置換策略的高靈敏mRNA檢測與細胞內成像
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