【化学生物学】鞠熀先、周俊在高活性DNA酶研究方面取得进展- 大数跨境

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2019-01-04

导读：南京大学鞠熀先教授、周俊副教授团队在高活性DNA酶研究方面取得进展

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酶是一类具有生物催化功能的高分子物质，与生物系统的稳定运行关系密切。由于蛋白酶的环境敏感性，构建高催化能力、高稳定性的仿生模拟酶具有十分重要的意义。具有催化活性的G-四链体（G4）/血红素（hemin）DNA模拟酶由于其无需化学修饰、设计简单、酶活力高等优点而受到广泛关注，已成为新型仿生模拟酶开发的重点方向。近期，南京大学鞠熀先教授、周俊副教授团队在这一研究方向取得进展。

在G4/hemin领域，由分子内G4/hemin形成的DNA模拟酶已在生物催化、生物传感等领域得到广泛应用，但其活性与天然酶仍有差距。研究者通过各种方法提高该模拟酶的活性，包括：G4结构比较法（平行结构、反平行结构和杂合G4结构）、外加因子法（在酶反应体系中加入ATP、精胺等分子），发现hemin与G4主要通过末端π-π堆积，因此可以通过改造与G4末端平面靠近的flanking序列来提高其活性，当flanking序列由d（CCC）或dA（腺嘌呤）碱基组成时，酶活性得到了提高。

该团队从更精确的G4微观结构域出发，设计了不同组成的G4微观结构域（loop，flanking和bulge三个结构域，如图1所示），发现当loop结构域是dA或dC碱基时，DNA酶具有较高活性，而且具有长度依赖性（Chem. Eur. J.，2017, 23, 4210-4215）。

图1. G4结构的几种微观结构域：G-tract，Loop，Bulge，Flanking

针对这种长度依赖性，研究组进一步在loop结构域和flanking结构域设计了100多种不同组合的碱基组成，发现dA和dC碱基对G4/hemin DNA酶活性的激活能力具有位置依赖性，且同时存在于loop和flanking区域，该工作解释了dC碱基激活能力不如dA碱基的原因。作者还采用不同的方式（碳链或是双链）调节dA（或dC）碱基到G4末端平面之间的距离，确认该位置选择性的普适性，并提出了新的催化机制——临近碱基促进催化中间体生成（如图2所示）。该工作成功获得高活性的DNA酶，有望用于以G4/hemin为信号输出方式的生物传感，提高其检测灵敏度。