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Nature子刊突破:工程化DNA回路控制抗癌药物活性

来源:本站原创 2018-03-25 15:35

2018年3月25日讯 /生物谷BIOON /——DNA有一个很重要的工作——告诉你的细胞产生哪些蛋白。现在,一个来自特拉华大学(UD)的研究团队开发了一种新技术将DNA链变成为了可以控制蛋白产生与否的开关。


图片来源:University of Delaware

UD Wilfred Chen课题组的科学家们将他们的最新结果发表在了《Nature Chemistry》上,这项技术将有助于开发出新的抗癌药物及其他药物。

用DNA进行计算

这个项目涉及一个最新的叫做DNA计算的领域。我们通常发送和接收的信息都使用二进制代码,该代码有两个组件——1和0。而DNA由4种组件编码:核苷酸鸟嘌呤、腺嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶。细胞中这四个组件的排序也就决定了输出的信息——DNA产生的蛋白质。而现在科学家们在追求使用DNA编码设计逻辑门控DNA回路。

“一旦我们设计了这个系统,我们首先在实验室中将这些DNA链缠绕在我们想要控制的不同的蛋白质上。”研究作者、UD化学和生物分子工程系博士生(与Wilfred Chen无关)Rebecca P. Chen说道。所需的DNA序列从公司合成,而蛋白质由实验室合成并纯化。接下来,蛋白质和DNA结合在一起形成蛋白质-DNA键合物。

研究团队随后在大肠杆菌和人类细胞中对这个DNA回路进行了测试。发现靶蛋白可以根据他们的设计有序的组装和解组装。

“过去的研究已经展示了DNA纳米技术可能有多大能耐,而我们知道蛋白质在细胞内的重要作用。” Rebecca P. Chen说道。“我们试图将这两项技术结合在一起。”

用于药物输送

该研究团队还证明了他们的DNA-逻辑门控设备可以用于激活非毒性抗癌前药——5-氟胞嘧啶转变为5-氟尿嘧啶。这个抗癌前药在代谢成活化形式之前都是无毒的。因此,科学家们设计了一个DNA回路,这个回路可以控制一个将该前药活化的蛋白质活性。特殊的RNA/DNA序列输入可以激活DNA回路和蛋白质活性,而一旦缺乏这种输入,蛋白质就没有活性。

为了达到这个目的,研究人员就必须依靠microRNA输入序列。癌细胞中的microRNA异常。例如一些在癌细胞中存在的microRNA在正常细胞中并不存在。当肿瘤细胞中的特定microRNA存在就可以激活DNA回路,细胞就无法生长,而当这个回路被关闭后,细胞会继续生长。

这项技术有广泛的应用前景,不仅仅可以在癌症以外的其他疾病中应用,甚至还可以在生物医学领域之外的其他领域使用。例如,研究团队发现他们的技术还可以用于生产生物燃料,他们可以使用这项技术引导酶解链式反应,将植物纤维降解。

使用这项最新的技术,研究人员可以靶向任何的DNA序列,并控制任何他们感兴趣的蛋白质。也许某天研究人员可以将这种工程化DNA导入细胞内部治疗各种疾病。

“这基于一个非常简单的概念——一种逻辑的结合,但是我们是第一个证明这种联合可以发挥作用的小组。这项技术可以解决一系列问题,因此引人入胜。” Wilfred Chen说道。(生物谷Bioon.com)

参考资料:

Rebecca P. Chen, Daniel Blackstock, Qing Sun, Wilfred Chen. Dynamic protein assembly by programmable DNA strand displacement. Nature Chemistry, 2018; DOI: 10.1038/s41557-018-0016-9

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