引言
在核酸纳米技术中，合成核酸被用作自组装元件，来制造纳米尺度的设备或日益复杂的结构模板。由于合成的核酸具有高度可预测的碱基配对、低成本、易于合成和生物相容性等优点，因此可以方便地用于设计微米大小但仍能显示纳米级精度的自组装结构。在过去的十年里，人们致力于寻找策略来控制基于DNA的反应和利用生物分子输入来组装纳米结构。将抗体诱导的调控整合到基于DNA的自组装中，可以提供一种有吸引力的方法，以创造具有临床应用可能的纳米级组装。在这里作者展示了特定抗体对DNA电路的正交调节，允许等温动态控制DNA结构的自组装和拆卸。
成果简介
罗马大学化学系的Francesco Ricci教授在Nature Communications上发表了题为“Orthogonal regulation of DNA nanostructure self-assembly and disassembly using antibodies”的研究论文。作者报导了一个合理的策略，使用特定的IgG抗体作为分子输入，以正交控制DNA纳米结构的组装和拆卸。他们首先证明了特异性抗体与一对偶联抗原的劈裂DNA输入链的结合可以诱导它们的共定位并重构成一个功能单元，从而能够启动立足点链置换反应。这种效果是快速和特异性的，并可扩展到不同的抗体抗原识别对。最终，使用特定的抗体作为输入，这种抗体调控的DNA电路被用来控制DNA管状结构的组装和拆卸。
图文解读
图1.抗体控制DNA电路的原理和优化。为了设计一个由抗体控制的链置换反应，作者将负责立足点置换反应的输入链分成两部分(红色和绿色)，与两个互补部分(橙色)和12 nt的富T序列(黑色)相接。在这些尾巴的两端，连接了一个负责抗体识别的分子(抗原)。抗体与两个偶联抗原的劈裂输入物的结合使它们共同定位，并诱导功能输入链的茎的形成和重构。作者首先使用地高辛(Dig)作为抗原，探究不同长度茎部的影响，由于较高的能量贡献，在没有抗体的情况下，当茎段大于8个核苷酸时，可以观察到显着的链置换反应，当茎段大于12个核苷酸时，效率与单分子控制输入链相似；抗Dig抗体存在时，即使茎只有4个核苷酸的长度，也能触发链置换反应。研究结果发现，一个6-nt的茎在抗Dig抗体的缺失和存在之间的效率差异最大。
图2. 设计抗体控制的正交DNA电路。前期作者使用地高辛(Dig)作为抗原和抗Dig作为抗体分子触发链置换反应。这里进一步探究不同浓度抗Dig抗体下的链置换反应的动力学，并证明该反应具有极佳的特异性。同时，实现了两个抗体调控电路的正交控制。最后，通过竞争分析检测游离抗原。
图3.一个由抗体控制的DNA电路被重新设计来触发DNA纳米管的组装。为了做到这一点，作者使用了不活跃的DNA元件，由6条独特的DNA链组成，可以被抗体控制的链位移输出激活。活化的DNA元件可以通过其粘性末端的相互作用自组装成纳米管。由于其中一条成瓦链用荧光团(Cy3)标记，可以用荧光显微镜观察到纳米管的形成。
图4.抗体控制的DNA纳米结构的组装/拆卸。作者在这里使用了经过修改的DNA元件，含有暴露在纳米管的外表面的立足点链。因此，入侵者链可以结合在支架上并取代其中一个瓦间键，导致纳米管分解。作者重新设计了两个正交的抗体控制的DNA电路，对两种不同的抗体(抗DNP和抗Dig)做出反应，并释放两种不同的输出(一种去保护链，触发自组装，另一种入侵链，触发拆卸)。通过荧光显微镜观察到抗DNP抗体触发自组装结构的形成，但是加入抗Dig抗体后，DNA自组装结构完全瓦解。
总结与展望
DNA电路的工程和DNA结构的自组装被相关的生物标记物如抗体控制，代表着能在临床领域应用的DNA纳米技术又向前迈进了一步。作者在这里开发的抗体调控的DNA反应和结构可能实际上打开了一扇新的令人兴奋的门，并可能在即时医疗诊断、控制药物释放和体内成像中找到应用。
文献链接
/10.1038/s41467-019-13104-6
团队介绍
Francesco Ricci：罗马大学化学系教授。
主要研究方向：DNA功能纳米技术，DNA传感器，纳米机器，适配体，构象转换探针，智能药物释放，电化学传感器，合成生物学。
原创：我想不出好名字
审核：星期二很困
推送：一只酸奶不加牛
