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文章背景簡介  

BACKGROUND INTRODUCTION

細胞內(nèi)的遺傳信息通過多酶DNA修復機制（如堿基切除、核苷酸切除修復或O6－甲基鳥嘌呤－DNA－甲基轉(zhuǎn)移酶AGTs的直接損傷逆轉(zhuǎn)）得到保護，免受DNA損傷。AGTs是一類進化上保守的生物催化劑，能夠在單個SN2樣反應機制中直接不可逆地去除DNA上鳥嘌呤O6位的烷基。事實上，這些酶是細胞內(nèi)發(fā)揮與形成DNA加合物的烷化劑作用相反（即去烷化）的主要因素。此外，人甲基轉(zhuǎn)移酶（hMGMT）的活性也會影響烷化劑的抗癌化療作用，因此，通常將不同的hMGMT滅活劑或抑制劑與烷化劑的化療聯(lián)合使用，以提高化療效果。

AGTs在臨床中的應用，也需要能夠可靠、快速測量其活性的檢測方法。到目前為止，大多數(shù)測定方法都是基于攜帶放射性O6－甲基鳥嘌呤（O6－MeG）基團的寡核苷酸的色譜分離。然而，這些都很耗時、繁瑣且不安全。最近，一些研究開發(fā)了可簡單快速檢測hMGMT活性的替代熒光檢測法。例如，Kool和他的同事設計了一種化學傳感器，可以將熒光變化與修復活動中發(fā)生的鍵斷裂步驟相結(jié)合。此外，還有研究提出了利用光學標記的DNA適體、基于DNA的電化學傳感器或含O6－Meg的雙鏈DNA （dsDNA）寡核苷酸與熒光底物競爭等其他方法。雖然這些方法易于使用、靈敏度高，但仍然迫切需要找到基于活性的DNA修復酶監(jiān)測新方法，所分析的DNA修復酶要具有足夠的通用性，以適用于廣泛的修復活性。

近年來，DNA納米開關(guān)作為一類新型的可編程探針應運而生，它可以靈敏、快速地檢測多種分子靶標。DNA納米開關(guān)通常能夠被誘導發(fā)生構(gòu)象變化，在存在特定輸入的情況下可提供可測量的輸出。目前，人們已經(jīng)開發(fā)了許多使用DNA納米開關(guān)的策略，來檢測不同的目標，例如pH值、金屬離子、小分子、蛋白質(zhì)或特異性抗體等。至關(guān)重要的是，因為它們的信號與通過和靶識別所誘導的DNA探針的物理性質(zhì)的改變有關(guān)，所以這種構(gòu)象轉(zhuǎn)換傳感器通常具有高度特異性和選擇性的。

為此，意大利羅馬第二大學 （University of Rome Tor Vergata）Nada Farag等人研究了一類新型DNA納米開關(guān)，命名為“折疊式修復DNA納米開關(guān)”，可用于監(jiān)測DNA修復活動。他們設計了一種含有O6－MeG的熒光標記DNA納米開關(guān)，該開關(guān)在酶修復后會發(fā)生與輸出信號變化相關(guān)的構(gòu)象變化。這一研究于2021年1月發(fā)表在了《Angewandte chemie international》（化學一區(qū) IF＝15．336）上，題為“Folding－upon－Repair DNA Nanoswitches for Monitoring the Activity of DNA Repair Enzymes”。原則上，這種方法允許直接測量任何甲基轉(zhuǎn)移酶的活性，從而為開發(fā)一種高通量測定甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑的簡便方法開辟了可能性。

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文章主要內(nèi)容摘要

ABSTRACT

此文提出了一種新的基于DNA的納米開關(guān)，在進行酶修復后，它可能會經(jīng)歷構(gòu)象變化機制，從而導致熒光信號發(fā)生變化。此類折疊后修復的DNA納米開關(guān)是包含O6－甲基鳥嘌呤（O6－ MeG）核堿基的合成DNA序列，并標記有熒光團／猝滅劑光學對。這一理性設計的新型納米開關(guān)，只有在O6‐MeG堿基酶解去甲基化后，才能形成穩(wěn)定的分子內(nèi)Hoogsteen相互作用，并折疊成光學活性的三鏈DNA結(jié)構(gòu)。研究人員首先通過熒光實驗和分子動力學模擬表征了由酶修復活性誘導的折疊機制。然后，研究人員證明了折疊后修復的DNA納米開關(guān)適用于不同甲基轉(zhuǎn)移酶（包括人類同源物hMGMT）的特定底物，并且可以篩選出新型的潛在甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑。

       原文標題 : 一種可高效監(jiān)測DNA修復酶活性的新型熒光標記納米開關(guān)