化学修饰DNAzyme用于活细胞中灵敏microRNA成像
负责人：陈佳雯
原文链接：https://doi.org/10.3390/molecules31081271
MicroRNA（miRNA）作为基因表达的关键调控因子，是癌症研究中重要的生物标志物及治疗靶点。然而，现有的细胞内miRNA成像方法往往受限于灵敏度不足及操作复杂。本研究通过系统筛选，鉴定出一种位点特异性修饰的脱氧核酶（DNAzyme）变体11Bn，其催化活性较野生型8-17最高可提高7倍。本研究利用该变体，构建了一种基于DNAzyme的传感器，用于活细胞内miRNA-21成像。该传感器的检测限为7.89 nM，约为野生型传感器的三分之一，无需信号放大即可实现对细胞内miRNA-21的高灵敏度可视化检测。此外，该传感器可捕捉细胞内miRNA水平的动态变化，为miRNA成像及相关生物医学应用提供了一种多功能分子工具。
基于化学修饰的DNAzyme传感器用于miRNA成像
对非天然核酸进行Sanger测序
负责人：王月瑶、张泽、陈乐康
原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202516617
非天然核酸（XNA）作为一种具有生物稳定性的遗传聚合物，可广泛应用于生物技术与信息技术，但其与现有DNA测序方法存在兼容性问题。本研究报道了一种专为XNA设计的Sanger测序方法，可直接对长达50个碱基的XNA链进行测序。该方法采用Bst DNA聚合酶突变体，该聚合酶不仅能将XNA识别为模板，还能高效掺入双脱氧核糖核苷三磷酸（ddNTP）底物，从而通过合成互补DNA来实现XNA测序。Bst F710Y突变体催化ddNTP掺入的活性至少高出两个数量级。本方法能够准确测定具有不同化学骨架结构（如TNA和FANA）的多种XNA链序列。最后，本研究利用Bst突变体在单次反应中随机掺入BigDye标记ddNTP底物的能力，展示了在基因分析仪上进行自动化XNA测序的概念验证。本研究建立了一种采用链终止策略的XNA直接测序平台，为未来功能性XNA的从头鉴定及基于XNA的数据存储系统开发奠定了基础。
对XNA进行Sanger测序
化学酶法在DNA上实现位点特异性官能团修饰以增强催化活性
负责人：张泽、陈思琪、杨锦滔
原文链接：https://doi/10.1021/jacs.4c00484
功能性DNA在化学生物学与分析化学中是重要的分子工具，但由于其化学功能基团有限，常面临活性不足的挑战。本研究提出了一种化学酶法策略，可在DNA上位点特异性引入多样官能团，并以提升DNA催化剂活性为例验证了该方法的实用性。通过在不同位点化学酶法引入羟基、羧基和苄基等化学基团，我们显著增强了RNA切割脱氧核酶10-23的催化活性。当以DNA-RNA嵌合底物进行RNA切割反应时，羧基（Ca）与苄基（Bn）的双重修饰可实现约700倍的活性增益。经双重修饰的DNA催化剂CaBn在1 mM镁离子存在条件下表现出3.76 min-1的kobs值，并能用于细胞内镁离子的荧光成像。本研究为DNA化学修饰提供了普适性策略，而CaBn作为一种高活性DNA催化剂，在化学与生物技术领域具有广阔应用前景。
化学酶法加修饰，提升DNA酶活性
酶促合成TNA实现DNA纳米结构的保护
负责人：覃博荷
原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202317334
非天然核酸（XNA）是一类具有更高生物稳定性的合成遗传聚合物，可作为适配体和催化剂等强大分子工具。然而，由于工具酶（尤其是能够实现从头合成XNA的酶）种类极为有限，其应用一直受到限制。本文报道了末端脱氧核苷酸转移酶（TdT）可在DNA寡核苷酸3’末端催化无模板的苏糖核酸（TNA）合成，形成耐核酸外切酶消化的DNA-TNA嵌合体。此外，TdT催化的TNA延伸支持一锅法批量制备生物稳定性嵌合寡核苷酸，该产物可直接作为DNA折纸纳米结构自组装过程中的订书链。这种经TNA修饰的DNA折纸纳米结构在核酸外切酶I、DNA酶I和胎牛血清条件下均展现出增强的生物稳定性。本研究不仅拓展了XNA合成与操作的可用酶工具库，更为构建在生理条件下具有更高稳定性的DNA折纸纳米结构提供了新途径。
酶催化TNA合成，保护DNA纳米结构
利用纳米孔诱导相位移测序（NIPSS）对2’-脱氧-2’-氟阿拉伯核酸（FANA）进行直接测序
负责人：李欣彤
原文链接：https://doi.org/10.1039/C8SC05228J
2’-脱氧-2’-氟阿拉伯核酸（FANA）作为非天然核酸（XNA）的重要成员，凭借其卓越的基因沉默效应与催化活性，已在分子医学与合成生物学领域得到深入研究。尽管现有测序平台无法直接读取FANA序列，但基于单分子物理化学特性直接识别的纳米孔测序技术，为XNA直接测序提供了全新途径。概念验证实验显示，FANA序列在耻垢分枝杆菌孔蛋白A（MspA）纳米孔中可产生特征性孔阻塞信号。本研究成功利用phi29 DNA聚合酶通过纳米孔诱导相位移测序（NIPSS）实现了FANA直接测序。本研究不仅首次实现了糖基修饰型XNA的直接测序，更揭示了phi29 DNA聚合酶有望成为多种非天然核酸测序的关键工具酶。
利用NIPSS对FANA进行直接测序
