自组装DNA纳米结构活动过程获揭示

中国科学院上海应用物理研究所范春海课题组和黄晴课题组运用一系列先进的细胞显微成像技术，结合生物化学方法，清晰地展示了一类自组装DNA四面体结构在活细胞中的摄取和转运过程，为其在药物传递和治疗中的应用奠定了良好的基础。相关结果最近以封面论文的形式发表在《德国应用化学杂志》上。

脱氧核糖核酸不仅是生命的密码，也可以作为制造纳米级部件和机器的通用部件。利用DNA分子的自组装特性，DNA纳米技术领域的研究人员可以基于简单的核酸碱基配对规则在试管中设计和构建精确而复杂的DNA纳米结构。

DNA的四面体结构是一种重要的自组装DNA纳米结构。2011年，范春海和黄晴的研究小组在世界上首次报道，DNA四面体结构可以作为纳米尺度的药物载体，将具有免疫刺激作用的CpG寡核苷酸转运到细胞内，刺激特定细胞因子的产生，有望成为一种免疫治疗药物。然而，细胞膜是带负电荷的，这通常会将带相同负电荷的核酸分子从细胞膜上屏蔽掉。这些DNA纳米结构如何穿过细胞膜屏障进入细胞是一个谜。

利用全内反射显微镜和单粒子追踪等细胞成像技术，科学家们实时观察了DNA四面体结构穿过细胞膜并在细胞内运输的过程，并揭示了它的最终命运。研究表明，细胞对DNA四面体结构的摄取是一个能量依赖的过程，在细胞膜上小凹蛋白的介导下产生内吞作用，该过程可在1分钟内完成。之后，DNA的四面体结构通过由微管蛋白组成的细胞骨架系统运输，最终到达溶酶体被降解。

“当DNA的四面体结构与信号肽分子相连时，它也能改变细胞的命运。例如，带有核定位序列NLS的DNA四面体结构可以从溶酶体中逃逸并进入细胞核。”范春海说，当DNA分子组装成纳米结构时，它们可以利用细胞自身的运输系统像病毒一样“感染”细胞，这为纳米机器人的发展以及纳米诊断和治疗的最终实现提供了新的可能性。