清華新聞網(wǎng)11月17日電 限制性?xún)?nèi)切酶是能夠識(shí)別特異的DNA序列，并將雙鏈DNA切割的一類(lèi)酶，最早被發(fā)現(xiàn)于大腸桿菌內(nèi)，為細(xì)菌對(duì)抗病毒提供了一種防御機(jī)制。在分子克隆領(lǐng)域，內(nèi)切酶長(zhǎng)期被用于在體外組裝DNA雙鏈片段。而多片段DNA組裝的可行性往往依賴(lài)于限制酶的識(shí)別、切割位點(diǎn)，例如目前應(yīng)用廣泛的“金門(mén)橋組裝”（Golden Gate assembly），就利用了IIS型內(nèi)切酶的特點(diǎn)，可以在距離限制酶識(shí)別位點(diǎn)一定距離處切割DNA，從而產(chǎn)生可編碼的粘性末端。在分子克隆中，利用內(nèi)切酶產(chǎn)生能夠互補(bǔ)的粘性末端對(duì)于DNA片段組裝是必要的，因?yàn)榛パa(bǔ)粘性末端在DNA納米結(jié)構(gòu)的自組裝中也是不可或缺的，所以分子克隆的技巧在這方面的交叉應(yīng)用是有廣泛意義的。
基于這個(gè)思路，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院魏迪明分子設(shè)計(jì)課題組（MADlab）研究探索了一種可控的DNA納米結(jié)構(gòu)自組裝系統(tǒng)。與Golden Gate assembly中多片段DNA組裝相似，IIS型限制酶為DNA納米結(jié)構(gòu)的連接創(chuàng)造特異的粘性末端，同時(shí)T4 DNA連接酶鞏固粘性末端的連接，從而實(shí)現(xiàn)DNA納米結(jié)構(gòu)單元不同層級(jí)的自組裝（圖1）。
圖1. Golden Gate assembly用于DNA片段（左）和DNA納米結(jié)構(gòu)（右）組裝
利用IIS型限制酶和T4 DNA連接酶的特點(diǎn)，該研究實(shí)現(xiàn)了DNA納米結(jié)構(gòu)的自環(huán)化、同源多聚體以及包括二聚體、三聚體、四聚體和五聚體在內(nèi)的多種異源多聚體的組裝（圖2）。
圖2.Golden Gate assembly用于DNA納米結(jié)構(gòu)異源多聚體組裝。（a）三聚體L形，（b）四聚體T形，（c）五聚體U形
相關(guān)研究成果以“DNA納米結(jié)構(gòu)的金門(mén)橋組裝”（Golden Gate Assembly of DNA Nanostructures）為題，于11月14日在線(xiàn)發(fā)表于《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)材料快報(bào)》（ACS Materials Letters）。
清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院本科畢業(yè)生張文遠(yuǎn)（現(xiàn)為清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院2022級(jí)博士研究生）和生命學(xué)院2018級(jí)博士生午紅蕊為論文共同第一作者，魏迪明副教授為論文通訊作者。該研究源于本科生課程“核酸納米結(jié)構(gòu)的分子設(shè)計(jì)”中的其中一個(gè)課程項(xiàng)目（張文遠(yuǎn)為該課程項(xiàng)目小組長(zhǎng)）。研究得到科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、清華大學(xué)春風(fēng)基金等的資助。
論文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmaterialslett.3c01113
供稿：生命學(xué)院
題圖設(shè)計(jì)：曾儀
編輯：李華山
審核：郭玲
