研究方向

苏糖核酶催化RNA的天然3’-5’连接

负责人：王娟

原文链接：https://doi/10.1021/jacs.5c07235

苏糖核酸（TNA）作为一种兼具前生物意义与实际应用价值的合成遗传聚合物，其酶活性分子（TNAzyme）的发现不仅为TNA作为原始催化剂的假说提供了实验依据，更为生物技术和生物医学领域提供了稳定的分子工具。本研究通过体外筛选获得了能够催化两个RNA寡核苷酸链进行天然3’-5’连接的TNAzyme。该锌离子依赖性TNAzyme可介导一个底物末端的3’-羟基与另一个底物末端的5’-三磷酸基团形成标准的磷酸二酯键。我们证明了TNAzyme催化的两个RNA片段连接反应能够产生具有功能的RNA产物（如核酶）。这些发现不仅揭示了TNA在RNA世界起源过程中可能扮演的原始催化剂角色，也展现了其在RNA合成中的应用前景。

TNA酶催化形成3’-5’磷酸酯键

用于细胞Mg2+成像的RNA切割型苏糖核酶的筛选

负责人：高明媚、魏东瀛

原文链接：https://doi.org/10.1002/cbic.202200651

基于催化型DNA的荧光传感器已实现对镁离子（Mg2+）等金属离子的细胞成像，然而天然DNA易受核酸酶降解。本研究通过体外筛选技术，成功获得了具有RNA内切酶活性的苏糖核酶（TNAzyme）。其中名为T17-22的TNAzyme可催化位点特异性RNA切割反应，其催化速率常数（kcat）为0.017 min-1，米氏常数（KM）为675 nM。基于T17-22构建的荧光传感器可对浓度低至0.35 mM的Mg2+产生响应，并成功实现了细胞内Mg2+成像。该研究首次提供了利用TNA催化剂进行细胞金属离子成像的概念验证。

催化RNA切割反应的TNA酶用于细胞内镁离子成像

一种在RNA和苏糖核酸骨架中均具有催化活性的核酸序列

负责人：魏东瀛

原文链接：https://doi.org/10.1021/acssynbio.2c00479

苏糖核酸（TNA）因其化学结构简单、具有碱基配对特性且能折叠形成功能性三级结构，被认为是潜在的RNA前体。然而，在从TNA向RNA演化的过程中，其功能性是否得以保留尚不明确。为此，我们采用交替体外筛选技术，成功鉴定出了在TNA与RNA两种骨架中均具有催化活性的核酸催化剂序列。其中一种骨架可转换核酸酶（CAMELEON），分别以TNA或RNA形式制备时，均能催化RNA切割反应。进一步的生化表征显示，CAMELEON的RNA形态（R）与TNA形态（T）在反应速率提升能力和镁离子依赖性等方面表现出不同的催化特性。通过结构预测与突变实验，我们发现二者可能形成了截然不同的三级结构。本研究不仅证实了催化功能在TNA向RNA骨架转换过程中的可继承性，也为TNA作为RNA进化前体的假说提供了实验依据。

由RNA或TNA骨架构成时都具有RNA内切酶活性的核酸酶序列

一种能够区分单点突变的RNA切割型苏糖核酶

负责人：王月瑶、王瑶

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41557-021-00847-3

苏糖核酸（TNA）因其化学结构简单、具有碱基配对特性，并能实现折叠及特异性配体结合等高级功能，长期以来被视为RNA的潜在进化前体。本研究通过体外筛选技术，成功获得了具有RNA切割功能的苏糖核酶。其中名为Tz1的酶能催化位点特异性RNA切割反应，其表观一级反应速率常数（kobs）为0.016 min-1。该酶在8 mM Mg2+浓度下达到最大催化活性，并在pH 5.3至9.0范围内保持相对稳定。Tz1能够特异性切割携带单碱基取代的表皮生长因子受体突变RNA底物，而对野生型序列则无影响。我们进一步证明，Tz1可在真核细胞中实现突变型表皮生长因子受体的选择性基因沉默。这类催化型TNA的发现为TNA作为远古遗传与功能分子提供了新的实验证据，而Tz1对细胞内RNA实现选择性敲低的能力，则表明功能性TNA有望发展成为未来生物医学应用的新工具。

TNA酶催化RNA切割反应

具有RNA连接酶活性的苏糖核酶

负责人：王瑶

原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.1c02895

苏糖核酸因其化学结构简单且具备碱基配对特性，已被视为进化过程中潜在的RNA前体。具有RNA连接酶活性的催化型TNA序列可能促进了RNA世界的形成。本研究通过体外筛选技术成功分离出了具有RNA连接酶功能的TNA酶。其中T8-6能催化2’,3’-二醇与5’-三磷酸基团形成2’-5’磷酸二酯键，观测反应速率常数kobs达1.1 ´ 10-2 min-1。通过T8-6催化连接反应可成功制备锤头状核酶等功能性RNA，并实现2’-5’连接的位点特异性引入。本工作不仅为TNA作为前RNA遗传聚合物提供了实验证据，也为生物技术领域提供了新型分子工具。

TNA酶催化RNA连接反应

筛选苏糖核酸适配体以阻断PD-1/PD-L1相互作用用于癌症免疫治疗

负责人：李欣彤

原文链接：https://doi.org/10.1039/D0CC06032A

本工作通过体外筛选获得了苏糖核酸适配体，该适配体可靶向结合PD-L1蛋白并抑制其与PD-1的相互作用。这类具有生物稳定性的TNA适配体以纳摩尔级亲和力与靶蛋白结合，在体外实验中有效阻断了PD-1/PD-L1信号通路。在结肠癌异种移植小鼠模型中，TNA适配体能在肿瘤部位特异性富集，并显著抑制体内肿瘤生长。

TNA适配体靶向结合PD-L1蛋白，抑制其与PD-1的相互作用