Nature子刊突破：工程化DNA迴路控制抗癌藥物活性

DNA有一個很重要的工作——告訴你的細胞產生哪些蛋白。現在，一個來自特拉華大學（UD）的研究團隊開發了一種新技術將DNA鏈變成為了可以控制蛋白產生與否的開關。

圖片來源：University of Delaware

UD Wilfred Chen課題組的科學家們將他們的最新結果發表在了《Nature Chemistry》上，這項技術將有助於開發出新的抗癌藥物及其他藥物。

用DNA進行計算

這個項目涉及一個最新的叫做DNA計算的領域。我們通常發送和接收的信息都使用二進位代碼，該代碼有兩個組件——1和0。而DNA由4種組件編碼：核苷酸鳥嘌呤、腺嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶。細胞中這四個組件的排序也就決定了輸出的信息——DNA產生的蛋白質。而現在科學家們在追求使用DNA編碼設計邏輯門控DNA迴路。

「一旦我們設計了這個系統，我們首先在實驗室中將這些DNA鏈纏繞在我們想要控制的不同的蛋白質上。」研究作者、UD化學和生物分子工程系博士生（與Wilfred Chen無關）Rebecca P. Chen說道。所需的DNA序列從公司合成，而蛋白質由實驗室合成並純化。接下來，蛋白質和DNA結合在一起形成蛋白質-DNA鍵合物。

研究團隊隨後在大腸桿菌和人類細胞中對這個DNA迴路進行了測試。發現靶蛋白可以根據他們的設計有序的組裝和解組裝。

「過去的研究已經展示了DNA納米技術可能有多大能耐，而我們知道蛋白質在細胞內的重要作用。」 Rebecca P. Chen說道。「我們試圖將這兩項技術結合在一起。」

用於藥物輸送

該研究團隊還證明了他們的DNA-邏輯門控設備可以用於激活非毒性抗癌前葯——5-氟胞嘧啶轉變為5-氟尿嘧啶。這個抗癌前葯在代謝成活化形式之前都是無毒的。因此，科學家們設計了一個DNA迴路，這個迴路可以控制一個將該前葯活化的蛋白質活性。特殊的RNA/DNA序列輸入可以激活DNA迴路和蛋白質活性，而一旦缺乏這種輸入，蛋白質就沒有活性。

為了達到這個目的，研究人員就必須依靠microRNA輸入序列。癌細胞中的microRNA異常。例如一些在癌細胞中存在的microRNA在正常細胞中並不存在。當腫瘤細胞中的特定microRNA存在就可以激活DNA迴路，細胞就無法生長，而當這個迴路被關閉後，細胞會繼續生長。

這項技術有廣泛的應用前景，不僅僅可以在癌症以外的其他疾病中應用，甚至還可以在生物醫學領域之外的其他領域使用。例如，研究團隊發現他們的技術還可以用於生產生物燃料，他們可以使用這項技術引導酶解鏈式反應，將植物纖維降解。

使用這項最新的技術，研究人員可以靶向任何的DNA序列，並控制任何他們感興趣的蛋白質。也許某天研究人員可以將這種工程化DNA導入細胞內部治療各種疾病。

「這基於一個非常簡單的概念——一種邏輯的結合，但是我們是第一個證明這種聯合可以發揮作用的小組。這項技術可以解決一系列問題，因此引人入勝。」 Wilfred Chen說道。（生物谷Bioon.com）

參考資料：

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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