基于熵驅(qū)動(dòng)鏈置換策略的高靈敏mRNA檢測(cè)與細(xì)胞內(nèi)成像研究

信使RNA（Messenger RNA，mRNA）是一類由DNA作為模版轉(zhuǎn)錄而來的攜帶有遺傳信息的單鏈核糖核酸，作用是指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。mRNA能夠參與許多細(xì)胞的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，并與多種疾病的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切。開發(fā)可靠靈敏的mRNA傳感及成像方法對(duì)于生物醫(yī)學(xué)研究、疾病的早期臨床診斷至關(guān)重要。熵驅(qū)動(dòng)的鏈置換反應(yīng)是一種低成本、高效率的核酸等溫?cái)U(kuò)增方法。該技術(shù)不依賴聚合酶或核酸酶的催化作用，在目標(biāo)物的引發(fā)下自動(dòng)觸發(fā)雜交反應(yīng)與鏈置換反應(yīng)，不僅可以作為DNA邏輯運(yùn)算的反應(yīng)手段之一，也為生物分子檢測(cè)的多重循環(huán)信號(hào)放大提供了有力的工具。

近期，蘇州醫(yī)工所繆鵬課題組發(fā)展了一種在三維DNA四面體界面反應(yīng)的熵驅(qū)動(dòng)鏈置換體系，進(jìn)一步基于熒光探針和MnO2轉(zhuǎn)運(yùn)載體構(gòu)建了一種新型的無(wú)酶熒光生物傳感器，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)mRNA的高靈敏檢測(cè)與細(xì)胞內(nèi)成像（圖1）。

圖1 基于熵驅(qū)動(dòng)鏈置換策略的高靈敏mRNA檢測(cè)示意圖

構(gòu)造的DNA四面體頂點(diǎn)處延伸有四條單鏈區(qū)域，提供了多個(gè)鏈置換位點(diǎn)；設(shè)計(jì)了另外三條單鏈DNA組裝雙鏈結(jié)構(gòu)，用于初始熒光信號(hào)的淬滅及目標(biāo)mRNA的識(shí)別。當(dāng)發(fā)生特異性結(jié)合時(shí)，從雙鏈立足點(diǎn)區(qū)域起始級(jí)聯(lián)鏈置換反應(yīng)，并逐步圍繞DNA四面體的懸垂單鏈形成完整的互補(bǔ)雙鏈，置換的mRNA用于目標(biāo)循環(huán)。最終得到的三維DNA納米結(jié)構(gòu)能夠顯著地恢復(fù)熒光發(fā)射，用于指示目標(biāo)mRNA的細(xì)胞內(nèi)水平。該傳感器的可行性分別通過熒光與電化學(xué)技術(shù)得到了驗(yàn)證（圖2）。

圖2 熵驅(qū)動(dòng)鏈置換反應(yīng)的熒光和電化學(xué)表征

為了獲得最佳的分析性能，研究人員對(duì)一些關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化后，實(shí)現(xiàn)了亞飛摩爾量級(jí)的靈敏度。本工作中發(fā)展的熒光生物傳感器靈敏度高、特異性好，具有廣闊的應(yīng)用潛力。

相關(guān)結(jié)果以“Entropy-Driven Strand Displacements Around DNA Tetrahedron for Sensitive Detection and Intracellular Imaging of mRNA”為題發(fā)表在Small Structures (IF = 15.9)。論文第一作者為博士研究生朱金文，通訊作者為繆鵬研究員。

論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/sstr.202300420

審核編輯：劉清