近日，我校程明攀教授課題組在核酸研究領(lǐng)域國(guó)際著名期刊Nucleic Acids Research上發(fā)表題為i-Motif DNA Molecular Beacon for MicroRNA Detection的研究論文。工學(xué)院2022級(jí)博士研究生羅騰碩為論文的第一作者，程明攀教授為論文的通訊作者，中國(guó)藥科大學(xué)為論文的唯一通訊單位。

核酸分子信標(biāo)（Molecular Beacon）因其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、背景信號(hào)低、高敏感度和特異性，是一類(lèi)重要的核酸檢測(cè)探針?lè)肿?。其具有發(fā)卡狀的莖環(huán)結(jié)構(gòu)，莖結(jié)構(gòu)通常由反向互補(bǔ)配對(duì)的雙鏈DNA構(gòu)成，單鏈的環(huán)區(qū)域是主要目標(biāo)識(shí)別單元。分子信標(biāo)結(jié)合目標(biāo)分子，分子剛性的增加，雙鏈莖結(jié)構(gòu)解鏈，進(jìn)而產(chǎn)生信號(hào)。

程明攀課題組在i-motif DNA結(jié)構(gòu)多樣性和穩(wěn)定性研究方面具有豐富的研究經(jīng)驗(yàn)（JACS, 2021；Angew, 2021）。i-Motif是由富含胞嘧啶序列折疊形成的四鏈體核酸結(jié)構(gòu)。i-Motif結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是相互堆積的半質(zhì)子化胞嘧啶-胞嘧啶堿基對(duì)。不同于雙鏈，i-motif結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與環(huán)境pH密切相關(guān)。i-Motif DNA在染色體關(guān)鍵位置，比如端粒末端和癌癥相關(guān)基因啟動(dòng)子廣泛存在，具有維持染色體穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)基因表達(dá)的重要功能。另一方面，作為環(huán)境敏感型核酸，它可作為動(dòng)態(tài)DNA生物納米技術(shù)的基本結(jié)構(gòu)單元，應(yīng)用于藥物可控釋放和生物傳感。

近日該課題組報(bào)道了首例基于i-motif DNA結(jié)構(gòu)的分子信標(biāo)（iMB），并成功將其應(yīng)用于癌癥標(biāo)志物microRNA（miRNA）的檢測(cè)。在本研究所設(shè)計(jì)的iMB結(jié)構(gòu)中，i-motif作為分子信標(biāo)莖區(qū)域，既是結(jié)構(gòu)框架又是pH傳感器，其三個(gè)環(huán)區(qū)域單鏈則作為識(shí)別單元直接參與目標(biāo)miRNA的結(jié)合。為了解決環(huán)境pH和溫度同時(shí)影響iMB結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的問(wèn)題，該研究利用核酸相圖分析法來(lái)優(yōu)化和闡明靶標(biāo)miRNA和iMB之間的動(dòng)態(tài)結(jié)合平衡，實(shí)現(xiàn)了核酸的高靈敏和特異性檢測(cè)。此外，研究發(fā)現(xiàn)iMB對(duì)核酸酶具有降解抗性，利用這種性質(zhì)設(shè)計(jì)了一種等溫信號(hào)擴(kuò)增技術(shù)，進(jìn)一步提高檢測(cè)靈敏度。最后，將iMB應(yīng)用于模型細(xì)胞和癌癥血液樣本的miRNA檢測(cè)，結(jié)果顯示其與經(jīng)典的RT-qPCR檢測(cè)性能接近。

這項(xiàng)研究得到了巴黎綜合理工學(xué)院Jean-Louis Mergny，南京大學(xué)周俊教授和中國(guó)藥科大學(xué)工學(xué)院劉云龍副教授的指導(dǎo)與幫助。該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金、江蘇特聘教授、江蘇省前沿技術(shù)研發(fā)計(jì)劃、江蘇省雙創(chuàng)團(tuán)隊(duì)和我校高層次人才計(jì)劃的支持。

全文鏈接：https://doi.org/10.1093/nar/gkaf556。

圖1：i-Motif分子信標(biāo)與microRNA結(jié)合相圖

（供稿單位：工學(xué)院，撰寫(xiě)人：朱功春，審核人：劉帆）