細胞作為生物體的基本結構和功能單元,蘊含一系列時空有序的精妙化學過程,其中化學組分的動態變化是生命活動的基礎🚺。因此,在活細胞內構建具有生物學功能的人工納米組裝體,研究組裝的動態化學過程,有助於深入理解生命系統運行機製🕑,實現對細胞功能的調控,從而為疾病的診斷治療探索新路徑。外源性化學組分進入活細胞後響應多種微環境信號分子刺激🍐,實現可控的動態化學分子變構🫄🏻。然而,細胞內微環境具有區室、擁擠、動態、網絡等復雜特征✋🏼,因此在活細胞中構建可控的分子組裝體系存在巨大挑戰💬。
圖1. Supplementary Journal Cover💖:活細胞內DNA納米組裝體動態化學實現細胞功能調控
脫氧核糖核酸(DNA)具有序列可編程性、分子識別能力和納米結構可預測性等特征,是作為構建細胞內刺激響應性材料組裝基元的不二之選。沐鸣开户仰大勇教授課題組聚焦核酸化學與功能材料研究,近期受邀在Accounts of Chemical Research上發表題為“Dynamic Chemistry of DNA-Based Nanoassemblies in Living Cells”的評述文章。結合團隊近年來的研究進展📞,對“活細胞中DNA納米組裝體的動態化學”方面的研究工作進行了歸納和總結。闡述了DNA納米組裝體與細胞內源性酶之間的相互作用,包括酶對納米組裝體中DNA和RNA分子的精準識別和切割。總結了溶酶體內H+對DNA納米組裝體的影響👮🏼,包括i-motif結構形成和聚合物塗層的酸降解🍶。討論了DNA納米組裝體的谷胱甘肽(GSH)響應機製,包括二硫鍵的斷裂和納米組裝體的還原響應。討論了三磷酸腺苷(ATP)介導DNA納米組裝體構象轉變的過程🧑🏼🦰,實現了核酸藥物的響應性釋放👰🏻♀️。展示了光介導DNA納米組裝體時空可控的動態化學變化,在特定時間點的光刺激下🏋🏿♂️,納米組裝體在活細胞內進行精準可控的解組裝/再組裝🪷,從而調控細胞功能🧒🏽。最後🙅🏿♂️🐩,展望了這一領域的未來發展方向和應用前景👟。基於DNA納米組裝體的活細胞內動態化學可為重大疾病診療提供新途徑💅,促進精準醫學的發展🏊🏼。