這項研究最近發(fā)表在《Nature》雜志上，利用高清成像技術揭示了合成DNA分子的獨特和多方面的結構。這種分子被設計用來模擬一種被稱為綠色熒光蛋白(GFP)的蛋白質的行為。綠色熒光蛋白最初是從水母中提取出來的，現(xiàn)在已經(jīng)成為實驗室的重要工具，作為細胞內的發(fā)光標記或信標。
這一發(fā)現(xiàn)推進了DNA如何折疊成復雜形狀的科學，并將幫助研究人員構建用于各種實驗室和臨床應用的DNA分子。例如，模仿GFP的全DNA熒光標簽通常是生物學研究和診斷測試試劑盒中標記目標DNA片段的理想選擇，而且制造成本相對較低。
RNA檢測在各種診斷和分析應用中都很重要。RNA可以使用分子信標快速檢測，分子信標在與靶RNA雜交時發(fā)出熒光，但需要具有復雜熒光染料的寡核苷酸和猝滅劑偶聯(lián)物。在這里，描述了一種使用簡單的未修飾的DNA寡核苷酸快速熒光檢測靶RNA的簡化方法。為了檢測RNA，科學家開發(fā)了Lettuce，這是一種熒光DNA適體，可以結合并激活DFHBI-1T的熒光，DFHBI-1T是一種非熒光分子，類似于綠色熒光蛋白中的發(fā)色團。
基于與DFHBI瓊脂糖的結合，從隨機DNA文庫中選擇Lettuce。我們進一步證明，Lettuce可以分裂成兩種獨立的寡核苷酸組分，這兩種組分本身是無熒光的，但當靶RNA誘導其接近時會變?yōu)闊晒獾摹Ｗ髡咴O計了幾對分裂的Lettuce片段，其中含有額外的15-20個核苷酸。
“這些發(fā)現(xiàn)確實改變了我們對DNA的理解，”研究報告的合著者Samie Jaffrey博士說。
在自然界中，DNA大多以雙鏈、“扭曲的階梯”或“螺旋”形式存在，并作為相對穩(wěn)定的遺傳信息存儲。細胞中所有其他復雜的生物過程都是由其他類型的分子完成的，尤其是蛋白質。
去年，Jaffrey博士和他的同事報告說，他們發(fā)現(xiàn)了一種這樣的分子:一種單鏈DNA，它的折疊方式可以模仿綠色熒光蛋白的活性。這種DNA分子的工作原理是，與另一個小有機分子結合，形成一種潛在的熒光“熒光團”，與綠色熒光蛋白的核心分子類似，并以一種激活其熒光能力的方式擠壓它。研究人員展示了Lettuce-熒光團組合作為快速檢測COVID-19病因SARS-CoV-2的熒光標記。
Jaffrey博士和他的團隊通過制造許多單鏈DNA，并篩選那些具有所需熒光團激活能力的DNA，發(fā)現(xiàn)了Lettuce。但他們不知道Lettuce是用什么結構獲得這種能力的。為了確定這種結構，他們把這項新研究交給了他們的長期合作伙伴，NHLBI高級研究員Adrian R. Ferré-D’Amaré博士。
這項研究是由Ferré-D’Amaré博士團隊的研究員Luiz Passalacqua博士領導的，他們使用了包括低溫電子顯微鏡在內的先進結構成像技術，以原子尺度分辨率分析Lettuce的結構。他們發(fā)現(xiàn)它折疊成一種形狀，在它的中心有一個DNA的四向連接，一種以前從未見過的類型，以一種激活熒光團的方式包裹著它。
他們還觀察到，Lettuce的折疊是由核堿基之間的鍵結合在一起的。“我們發(fā)現(xiàn)的不是DNA試圖像蛋白質一樣，這是一種DNA，它以自己獨特的方式發(fā)揮著綠色熒光蛋白的作用。”研究人員說，這一發(fā)現(xiàn)將加速熒光DNA分子的發(fā)展，比如用于快速診斷測試的Lettuce，以及許多其他需要基于DNA的熒光標簽的科學應用。“這樣的研究對于創(chuàng)造新的基于DNA的工具至關重要，”Jaffrey博士說。
參考文獻:
Intricate 3D architecture of a DNA mimic of GFP” by Luiz F. M. Passalacqua, Michael T. Banco, Jared D. Moon, Xing Li, Samie R. Jaffrey and Adrian R. Ferré-D’Amaré, 21 June 2023, Nature.
Detection of SARS-CoV-2 RNA Using a DNA Aptamer Mimic of Green Fluorescent Protein” by Bria S. VarnBuhler, Jared Moon, Sourav Kumar Dey, Jiahui Wu and Samie R. Jaffrey, 26 March 2023, ACS Chemical Biology.
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