光控DNA可逆杂交/解链及其应用

通过光敏分子与DNA相互作用,可以实现光控DNA杂交与解链,这种光控DNA有望成为下一代DNA功能构筑材料和纳米机械能量输入模式。本文总结了可逆光控DNA杂交/解链的各种途径及其作用机理,并分析其使用条件和光控效果。已有实验结果的对比和归纳表明,从DNA骨架上楔入含侧链偶氮苯官能团的单元,通过顺反异构实现DNA双链解链与杂交的可逆光控最具应用潜力,并且仍有一定的改进空间。本文介绍了这种骨架楔入偶氮苯光控DNA材料在纳米技术和生物技术方面的应用,并对其进一步的研究方向进行了展望。     

酸性条件下的DNA构象变化加速DNA变性解链

调控DNA的变性解链过程是DNA扩增与检测的关键步骤。对于传统的热循环DNA扩增策略,由于变温过程中热量分布不均一以及变温速度慢等不利因素,会直接影响DNA变性解链过程,从而降低DNA检测放大的效果、延长检测的时长。因此,探索快速、高效的调控DNA变性解链的方法具有重要的研究意义。本文发展了以胞嘧啶在酸性条件下的质子化反应为基础,通过改变溶液的pH值,来诱导DNA构象在Watson-Crick（WC）碱基对与Hoogsteen（HG）碱基对之间的分子构象转换,从而实现精准、快速、高效的DNA变性解链调控目标。结果表明,相较于传统的温控方法,pH调控方法能显著提高DNA变性的速率约6倍以上。本文发现pH调控方法通过降低双链DNA的反应焓约160 kJ/mol,从而提高双链DNA变性速率和效率。该方法具有用于DNA信号放大与检测等相关应用的潜力。     

石墨电极固载DNA的一种新修饰方法

首次报道通过充石蜡石墨电极电化学氧化腐蚀制备的微孔穴电极,成功地用于 ss-DNA的固载和杂化反应,证明了这种微孔穴石墨充石蜡电极可以固载较多量的 ss-DNA（包括解链的小牛胸腺DNA和15-mer ss-DNA）,可以成为性能良好的DNA杂 化探针。用Co(phen)_3~(3+)电化学指示剂和循环伏安方法,讨论了电极预氧化腐 蚀的时间和ss-DNA固载时间的影响,提出了DNA探针在微孔穴三维结构中固载的可 能机理。     

不同结构的DNA激活序列对Cas12a反式切割活性的影响

CRISPR－Cas12a系统的反式切割活性在其识别特定的DNA激活序列后被激活,这不仅能实现特定DNA靶标的直接定量分析,同时也为构建针对多种生物标志物的体外传感体系带来了新的思路。然而,已有文献中所采用的双链DNA（dsDNA）和单链DNA（ssDNA）激活序列结构多种多样,缺乏全面、系统的设计指导原则。针对该问题,该文系统研究了不同结构的DNA激活序列对LbaCas12a反式切割活性的影响。通过对比研究,得出以下结论：（1）前间区序列邻近基序（PAM）位点有助于LbaCas12a更高效地靶向结合dsDNA激活序列和ssDNA激活序列;（2）PAM近端区域缺少序列片段会降低Cas12a-crRNA定位激活序列的效率;（3）删除PAM远端序列片段有利于增强LbaCas12a的反式切割活性;（4）由于省略了dsDNA解链过程,ssDNA激活序列在激活LbaCas12a的反式切割活性方面普遍比dsDNA激活序列产生的效果更好。根据这些发现,该文提出了一种LbaCas12a所青睐的高效激活序列结构,其激活的LbaCas2a反式酶切活性较采用含PAM位点的标准dsDNA激活序列高出3.7倍。研究结果为构建基于CRISPR-Cas12a的高效体外生物传感系统提供了重要支撑。     

人工合成类DNA双股高分子的研究进展

脱氧核糖核酸(DNA)分子被称为"遗传微粒",在遗传信息传递和表达的过程中,以一条链为模板可精确合成出互补的另一条链,其结构中两条侧链相异而互补.随着自组装化学和有机合成技术的发展,人工合成类似于DNA结构的双股高分子成为近年来有机化学研究的热点之一.以连接基团与骨架的相互作用力为分类,从非共价键作用力和共价键作用力两方面,综述了人工合成双股高分子的研究进展.介绍了降冰片烯骨架的结构设计与空间构型的控制,并对机理进行了阐述,及其在合成立体规整的双股梯蕃高分子中的应用.     

钌配合物与G-四链体DNA的相互作用研究进展

人体端粒由富含鸟嘌呤(G)的DNA重复序列组成,该序列在一定条件下可以形成G-四链体DNA结构。小分子化合物诱导该结构的形成并使之稳定,可以抑制端粒酶活性而达到抗肿瘤的目的。因此,G-四链体DNA稳定剂的设计和筛选是近年来生物无机化学的重要前沿研究领域之一。在金属配合物中,钌配合物由于具有丰富的光化学、光物理特性以及生物活性,其作为G-四链体DNA稳定剂引起人们的高度关注。本文以近年一些代表性的研究工作为例,对钌配合物与G-四链体DNA相互作用方面的研究进展进行了综述。     

序列特异性DNA断裂蛋白质

序列特异性DNA断裂蛋白质是在序列特异性DNA结合蛋白质及小分子DNA断裂试剂基础上设计合成的。其基本原理是在含有DN A结合域的蛋白质上引入一个金属鳌合剂并鳌合一个适当的金属离子,其中序列特异性DNA结合蛋白质具有与DNA特定序列结合的能力,从而可以起导向物的作用,而引入的金属鳌合齐J与金属离子复合物具有断裂DNA的功能,两者协同作用可以达到序列特异性断裂DNA的目的。     

G-四链体DNA稳定剂的研究进展

人体端粒由富含鸟嘌呤(G)的DNA重复序列组成,该序列在一定的条件下可以形成G-四链体DNA的结构.小分子化合物诱导该结构的形成并使之稳定,不但可以抑制端粒酶的活性或降低癌基因的转录表达而达到抗肿瘤的目的,还可以作为G-四链体DNA的探针,辅助G-四链体DNA生物功能的研究及与之相关疾病的诊断.因此,G-四链体DNA稳定剂的设计是近年来化学生物学的重要前沿领域之一.到目前为止,G-四链体DNA稳定剂主要可分为有机小分子化合物和金属配合物.本文重点综述这两方面特别是后者的最新研究进展.     

基于适体竞争机理的溶菌酶电化学传感器

制备了基于溶菌酶适体竞争机理的信号减弱型电化学传感器,在玻碳电极上修饰羧基化的多壁碳纳米管,将带有氨基的互补适体DNA连接到多壁碳纳米管上。由于道诺霉素崁入电极上的互补DNA,而产生电化学信号,当有目标物时,适体与结合力更高的溶菌酶结合,原本的互补链解链,导致插入双链的道诺霉素脱落,电化学信号减弱。以微分脉冲伏安法测定溶菌酶,响应的范围为1～500 nmol/L,相关系数0.999,检测下限为0.5 nmol/L(S/N=3)。     

双链特异性核酸酶的生物学和医学应用

双链特异性核酸酶DSN是一种能高选择性地识别并酶切完全匹配的DNA双链或者DNA-RNA杂交双链中的DNA,而对单链DNA和RNA几乎没有作用的核酸酶.DSN酶的上述特点使其在生物和医学等领域广泛应用,主要包括全长cDNA文库的均一化、单核苷酸多态性(SNP)检测和高通量测序等.近年来,DSN酶在microRNAs(miRNAs)的检测领域得以长足发展和应用.miRNAs是一组内源性、非编码短序列RNAs,在生理和病理过程中具有重要作用,但由于其序列短、丰度低等特点, miRNAs的检测一直是临床难题.新近研究主要基于DSN酶信号放大的特点,相继建立了一系列生物传感技术,通过采用不同检测原理如比色法、荧光法、电化学法等实现痕量miRNAs检测.本文就DSN酶在miRNAs检测、SNP检测、全长cDNA文库均一化及高通量测序等方面的生物学应用进行了综述.     

柔红霉素与DNA相互作用的机理研究

本文以循环伏安、光谱电化学和原子力显微镜方法从DNA角度研究柔红霉素与天然鱼精DNA和热变性DNA之间相互作用的机理。并对柔红霉素与鱼精DNA和热变性DNA复合物的组成及复合物的形成常数作了测定。研究发现嵌入作用是柔红霉素和天然DNA之间的主要作用方式；并且柔红霉素和天然DNA之间的作用要强于和热变性单链DNA之间的作用。对这两种复合物的光谱电化学和原子力显微镜研究表明，在体内氧化还原代谢条件下，柔红霉素还原过程中产生的半醌自由基可引发自由基链反应，造成DNA链的解链、断裂等损伤。     

以2-氨基嘌呤为荧光探针研究双链DNA分子内电荷传递机理

2-氨基嘌呤(2Ap)是腺嘌呤的结构类似物, 经常作为荧光探针分子用以研究DNA分子内电荷传递过程. 设计并合成了一系列2-氨基嘌呤和鸟嘌呤核苷酸重复序列GGG之间不同距离的双链DNA分子, 利用时间分辨荧光光谱手段研究了2Ap的荧光衰减动力学以及给体(…GGG…)与受体(2Ap)间的桥体(I, 次黄嘌呤)长度变化对双链DNA电荷传递过程的影响. 结果表明, DNA分子的荧光探针分子2-氨基嘌呤的荧光动力学呈三指数衰减. 其中几百皮秒的组分来源于2-氨基嘌呤和鸟嘌呤之间的电荷转移反应, 当两者间的距离不大于2.4 nm时, 衰减速率随距离的指数函数而减小, 衰减因子b值为1.3 nm^−1; 当两者间的距离大于2.4 nm时, 荧光衰减速率随距离增加而加快, 说明电荷转移过程还与桥体次黄嘌呤I的多重复序列能量匹配有关.     

环斑铂立体异构体与DNA的作用

研究了环斑铂的三种立体异构体（RSRR和SS）与小牛胸腺DNA的作用．用等温滴定量热法（ITC）测得三种化合物与DNA在298．15K时相互作用的摩尔烙变分别为-1．1,－7．2和16KJ·mol－1;差示扫描量热法（DSC）结果证实三种化合物与DNA作用使得其解链温度分别升高3．56,7.66和8．53K;而圆二色性波谱研究（CD）则显示出在室温时三种化合物与DNA间的作用使得其摩尔椭圆度发生了不等的微弱变化;核磁共振波谱法（NMR）结果告诉我们在室温时DNA的加入未使SS-环斑铂1H谱的化学位移及峰型出现明显的改变．综合热力学及波谱实验结果,对环斑钥立体异构体与DNA作用及结合的方式进行了讨论．     

耐热DNA聚合酶Ⅰ大片段消除DNA顺序测定中的发夹结构的影响

本文从脂肪嗜热芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus T-3468)制备的DNA聚合酶经枯草杆菌蛋白酶水解,得到耐热的聚合酶大片段,Sanger的双脱氧顺序测定方法结合定序载体M13的应用已被证明是获得大基因组的DNA顺序的最有效方法。然而,沿着单链DNA模扳形成的发夹结构常常会阻止DNA聚合酶的聚合反应,以致不能获得DNA顺序的信息,我们制备所得到的耐热DNA聚合酶Ⅰ大片段在65℃显示最大活性,当定序反应在该温度下进行时,DNA模板中的发夹结构就被解开。这样,从得到的定序凝胶上就可以顺利地读出核苷酸序列,获得满意的结果。     

DNA非均匀功能化纳米粒子的可编程自组装行为

DNA非均匀功能化纳米粒子作为一种可编程原子等价物,在多层次自组装结构领域具有重要的应用前景。构建了DNA非均匀功能化纳米粒子的粗粒化模型,并利用分子动力学模拟其自组装过程。通过计算机模拟发现,互补DNA序列间发生杂化反应,纳米粒子形成三维网络状和支化超结构;通过构建纳米粒子自组装结构的几何模型,能够正确预测纳米粒子之间的相对位置及其分布;通过调节互补的DNA功能化纳米粒子的化学计量比,显著地改变了自组装超结构和动力学行为。     

蚕豆16Sr RNA基因的一级结构分析

蚕豆叶绿体DNA属无反向重复顺序类型,这种类型的16s rRNA基因的一级结构本文属首次报道。我们采用了洪国藩的非随机DNA顺序测定法,测出蚕豆叶绿体16s rRNA基因金长为1491bp。通过比较及遗传距离图的构建表明蚕豆16SrRNA基因的变化速率比具有反向重复顺序类型的烟草、油菜及玉米的要快,说明反向重复顺序具有降低反向重复顺序内的DNA变化速率的功能。同时我们的结果也支持了Kolodner等人关于反向重复顺序能重组交换进行异源修复的推测。     

光谱法研究三氯生与人类肿瘤相关DNA的相互作用

采用紫外光谱、荧光光谱和圆二色谱等多种光谱方法研究了三氯生与人类肿瘤相关DNA(抑癌基因p53 DNA和癌基因C-myc DNA)的相互作用,以期为从分子水平上评价三氯生与人类肿瘤发生的危害性提供科学依据。紫外减色效应、KI猝灭受到抑制及圆二色谱正负峰强度减弱等结果表明三氯生以弱嵌插模式与两种DNA发生作用,三氯生与DNA的结合位点数均小于1,以及DNA解链温度小幅升高等结果证实三氯生部分嵌插入DNA的沟区,影响了DNA的双螺旋结构。     

从超螺旋DNA拓扑变换得到的启示——关于DNA三级结构的一种假说

本文证明超螺旋DNA在一定条件下与乙二醛反应后,空间结构会发生明显的变化。利用乙二醛与DNA反应的可逆性,作者用电子显微镜观察到了超螺旋DNA不同形态之间的拓扑变换。根据反应产物的电泳行为和电子显微镜下的形态,很难用DNA的Watson-Crick模型来解释,本文作者提出了双链DNA中同时存在左旋和右旋结构的DNA三级结构的假说,似乎比较好地解释了各种有关事实和现象。     

基于适配体-杂交链式反应比色检测生鲜牛乳中四环素类抗生素

以特异性识别四环素类抗生素(TCs)的广谱型适配体为识别元件,结合杂交链式反应(HCR)信号放大策略,提出了一种TCs多残留比色检测方法,并优化了检测条件和进行了方法学考察。取40 nmol·L^-1生物素化检测探针(bio-DP)溶液加入到包被有亲和素的酶标板中,室温孵育后加入牛血清白蛋白(BSA)溶液,封闭反应1 h。加入生鲜牛乳样品稀释液,室温孵育20 min,如果样品中含有TCs, TCs与bio-DP的适配体序列结合,其发夹结构被打开。加入200 nmol·L^-1生物素化发夹DNA1(bio-H1)溶液和200 nmol·L^-1生物素化发夹DNA2(bio-H2)溶液,室温下进行HCR 40 min,从而形成具有多个重复单元的双链DNA(dsDNA)纳米线。加入辣根过氧化物酶(HRP)标记链霉亲和素(SA-HRP),室温孵育标记dsDNA。加入显色剂[含3,3′,5,5′-四甲基联苯胺(TMB)],HRP催化TMB生成蓝色物质,显色5～8 min后终止反应,在酶标仪中于450 nm测量上述体系的吸光度。结果显示,...     

紧束缚模型方法及其在DNA分子中的应用

近年来,紧束缚模型方法被广泛应用于计算生物大分子体系.本文从第一性原理出发,根据紧束缚近似的思想,推导出生物大分子体系中的单电子运动方程.在此基础上给出了紧束缚模型方法中所涉及参数(在位能和迁移积分)的计算公式,在理论上完善了紧束缚模型方法.我们将所提出的参数化方法应用于理想B型DNA分子,给出了各种序列组合下的在位能和迁移积分.此外,我们还计算了周期性DNA分子poly(A)-poly(T)和poly(G)-poly(C)中空穴在位能和迁移积分随格点间距离的变化,为改进现有的SSH极化子模型提供了新的思路,有助于DNA中电荷输运的极化子机理的研究.