小核糖核酸（miRNA）是一類短鏈非編碼RNA，在基因調(diào)控中發(fā)揮一系列關(guān)鍵作用。2024年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予美國科學(xué)家Victor Ambros和Gary Ruvkun，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了miRNA及其在轉(zhuǎn)錄后基因調(diào)控中的作用。研究表明，異常的miRNA表達(dá)往往是由多種癌癥類型的基因畸變引起的，并通過靶基因表達(dá)的失調(diào)在癌癥的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮作用。因此，許多miRNA與腫瘤的發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)，包括細(xì)胞增殖、侵襲等。miRNA診斷模型的建立有助于早期檢測多種高風(fēng)險(xiǎn)的癌前病變。

近期，蘇州醫(yī)工所繆鵬課題組通過環(huán)張力促進(jìn)的疊氮-炔環(huán)加成反應(yīng)(SPAAC)輔助三維DNA納米結(jié)構(gòu)的調(diào)控，并進(jìn)一步開發(fā)了新型的miRNA檢測方法（圖1）。首先設(shè)計(jì)了5條單鏈DNA用于組裝DNA截錐體納米結(jié)構(gòu)。通過序列末端巰基修飾可將其底部牢固地結(jié)合在金電極表面；其頂端序列與目標(biāo)miRNA序列結(jié)合并被雙鏈特異性核酸酶（DSN）降解，進(jìn)而激活該納米結(jié)構(gòu)的三條側(cè)鏈與P1進(jìn)行SPAAC反應(yīng)。SPAAC是一種無金屬無酶輔助的疊氮化物和環(huán)辛基類炔烴之間的點(diǎn)擊反應(yīng)，具有高選擇性和生物正交特性，因此非常適合在DNA納米結(jié)構(gòu)的離散位點(diǎn)上進(jìn)行連接反應(yīng)。生成的三條長單鏈自發(fā)折疊為莖環(huán)結(jié)構(gòu)，縮短了P1末端修飾的二茂鐵與電極之間的距離，有效提升了電化學(xué)響應(yīng)（圖2）。該傳感器利用三維DNA納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行目標(biāo)序列的高效分子識(shí)別，進(jìn)一步利用酶促反應(yīng)與SPAAC點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)調(diào)控DNA納米結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)電化學(xué)信號(hào)放大。該傳感器具有極高的靈敏度，此外在生物樣本測試中表現(xiàn)出高度的特異性和穩(wěn)定性（圖3），具有廣闊的應(yīng)用前景。

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圖1.SPAAC輔助DNA納米結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換及DSN酶促信號(hào)放大示意圖

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圖2.電極修飾的電化學(xué)表征及莖環(huán)結(jié)構(gòu)信號(hào)增強(qiáng)效應(yīng)

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圖3.基于三維DNA納米結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換及點(diǎn)擊化學(xué)的miRNA電化學(xué)傳感器性能結(jié)果

相關(guān)結(jié)果已發(fā)表在Nano Letters上(中國科學(xué)院一區(qū))。論文第一作者為碩士研究生王婷婷，通訊作者為繆鵬研究員。該工作得到了國家自然科學(xué)基金（82272119）的資助。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c03394