DNA雜交動(dòng)力學(xué)過(guò)程中的長(zhǎng)程靜電作用調(diào)控研究取得進(jìn)展
DNA雜交動(dòng)力學(xué)過(guò)程中的長(zhǎng)程靜電作用調(diào)控研究取得進(jìn)展
2021-06-17
生物大分子之間的靜電相互作用一般被認(rèn)為是短程的。由于在生理?xiàng)l件高離子強(qiáng)度（百毫摩爾級(jí)）下，大分子表面存在雙電層屏蔽，使靜電相互作用的傳導(dǎo)距離局限在1-2 nm內(nèi)。如何調(diào)控雙電層厚度來(lái)對(duì)生物大分子相互作用中的長(zhǎng)程靜電力開(kāi)展研究是一個(gè)挑戰(zhàn)性問(wèn)題。近年來(lái)，一些研究表明，DNA雙鏈的磷酸骨架可以作為高效的電荷傳導(dǎo)線路，為研究高離子強(qiáng)度下的長(zhǎng)程靜電作用提供了新的思路。
受此啟發(fā)，上海交通大學(xué)樊春海院士團(tuán)隊(duì)的劉小果副教授指導(dǎo)渠志倍博士等設(shè)計(jì)了基于DNA框架結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)程靜電作用調(diào)控體系，構(gòu)建了DNA雜交動(dòng)力學(xué)的有效調(diào)控新方法。通過(guò)定量實(shí)驗(yàn)和多尺度的分子動(dòng)力學(xué)模擬，證明了在DNA雜交的動(dòng)力學(xué)過(guò)程中存在長(zhǎng)程靜電力并起到了主導(dǎo)作用。該機(jī)制還被拓展到了DNA-蛋白質(zhì)、DNA-多糖等多種復(fù)合物體系中，證明了其普適性。該工作以“DNA framework‐engineered long‐range electrostatic interactions for DNA hybridization reactions”為題，于2021年5月在線發(fā)表于Angewandte?Chemie?International?Edition。渠志倍、張祎男為共同第一作者，劉小果為通訊作者。
該工作將帶不同表面電荷的蛋白質(zhì)顆?；蚪鸺{米粒子通過(guò)共價(jià)偶聯(lián)的方式包裹入DNA四面體框架結(jié)構(gòu)中。進(jìn)一步研究了凈電荷大小對(duì)四面體框架核酸上外延DNA單鏈的雜交動(dòng)力學(xué)過(guò)程的影響，發(fā)現(xiàn)該體系可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單鏈與互補(bǔ)鏈雜交反應(yīng)速率的有效調(diào)控。該調(diào)控機(jī)制是通過(guò)四面體框架核酸凈電荷的斥力，影響外延DNA單鏈的伸展長(zhǎng)度，產(chǎn)生差異化的互補(bǔ)鏈進(jìn)攻位阻，進(jìn)而影響反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程。本工作發(fā)現(xiàn)了長(zhǎng)程靜電作用力在超越短程反應(yīng)界面范圍下的動(dòng)力學(xué)調(diào)控機(jī)制，有助于加深對(duì)生物大分子復(fù)合物中長(zhǎng)程作用力的理解，也對(duì)基因調(diào)控、核酸探針設(shè)計(jì)和DNA反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建有潛在指導(dǎo)意義。
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原文鏈接：
https://doi.org/10.1002/anie.202106010
圖1. 不同凈電荷DNA四面體框架通過(guò)長(zhǎng)程庫(kù)侖力調(diào)控DNA雙鏈雜交動(dòng)力學(xué)
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圖2. 熒光能量共振轉(zhuǎn)移（FRET）模型用于定量追蹤DNA雜交動(dòng)力學(xué)反應(yīng)過(guò)程
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