2篇JACS，谭蔚泓院士/邱丽萍等人DNA纳米技术获新进展！

奇物论

2021-04-30

在多细胞生物中，细胞响应其微环境的变化而相互通信。这种能力构成了生命的基本生物化学。越来越多的证据表明，这些细胞相互作用主要是通过膜蛋白的动态和特异性调节来协调的，且它们的表达和构象通过细胞内程序进行动态调控。

近年来，人们越来越热衷于利用DNA纳米结构来模仿膜蛋白。同时，活细胞膜的复杂和动态性质对细胞表面工程提出了巨大挑战，促使后来发展为简化模型的合成脂质膜的发展。尽管源自细胞的大囊泡保留了天然膜脂质，蛋白质和糖类的一部分，但缺乏细胞的自我适应性，因此无法与细胞的生理过程联系起来。

成果简介

有鉴于此，湖南大学的谭蔚泓和邱丽萍等研究人员直接在细胞表面工程化DNA纳米结构，以研究其与细胞活性协同作用的动态行为。研究人员研究出基于DNA的膜蛋白动态模拟，用于编程自适应细胞相互作用。成果发表在 JACS 期刊上。

DNA四面体稳定锚定细胞膜

研究人员设计了一种细胞表面纳米结构，该结构可实现分子识别引发的DNA组装，以模仿膜蛋白的动态行为，从而能够响应环境变化而操纵细胞相互作用。为了实现该目标，主要要求是在细胞膜上设计具有高锚定稳定性和最小的生物干扰的结构。利用出色的机械刚度和几何稳定性，DNA四面体在表面工程中引起了广泛的关注。该课题组先前在2019年时候，已经成功地合成了具有三个疏水性顶点（称为T-cho3）的DNA四面体，并证明了它们在细胞表面工程中的出色表现。通过使用T-cho3作为支架，动态DNA纳米结构可以有效，稳定地锚定在活细胞膜上。当时的成果同样是发表在JACS上。奇物论对其进行了报道（详情点击：湖南大学谭蔚泓/邱丽萍JACS：DNA纳米平台用于编程细胞相互作用）

图|T-cho3的形成和细胞膜修饰的示意图

多种功能模块组装到细胞膜

暴露于外部刺激后，细胞将启动一系列细胞内程序，以通过例如分泌特定信号分子来产生调节反馈。这些分泌的信号分子可以通过链置换反应激活膜锚定的纳米结构，从而通过杂交链反应（HCR）导致功能核酸在细胞表面串联自组装。通过这种方式，可以合并多个功能模块来调解单元与外部环境之间的交互。结果表明，这种膜锚定的DNA纳米结构可以被细胞对外界刺激的响应信号特异性激活。多种功能模块可以组装到细胞膜上，使细胞具有细胞类型特异性结合和杀伤。

图|细胞膜上DNA纳米组件的细胞适应性构建示意图

图|动态纳米结构介导的细胞间相互作用的示意图

小结

本文首次构建了膜锚定的动态DNA纳米结构，以模拟膜蛋白的功能行为并协调细胞活性，从而能够响应环境提示而操纵细胞之间的相互作用。通过使用两亲性DNA四面体作为支架，该DNA纳米结构可以有效且稳定地锚定在细胞膜上，且探针的脱落和内化频率低，从而为在活细胞系统中的生物学应用提供了可靠的平台。通过感知细胞对环境刺激的适应性反应，可以激活这种膜锚定的纳米结构，然后通过串联DNA杂交（即HCR反应）并入多个功能模块。得益于模块化设计和核酸化学的快速发展，该平台可以扩展为模拟和操纵各种生物事件（例如，细胞适应和交流），为定制细胞工程和智能合成生物学提供了新的范例。    

参考文献：

Jin Li, et al. DNA-Based Dynamic Mimicry of Membrane Proteins for Programming Adaptive Cellular Interactions. JACS, 2021.

DOI：10.1021/jacs.0c11245

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c11245