毕赛：基于三螺旋-双螺旋分子开关驱动的DNA逻辑自组装用于肿瘤细胞外pH的成像分析 ...

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从化学反应到生命有机体，不论是简单的变化或是复杂的反应，这些过程都与pH密切相关。比如，由于肿瘤细胞在生长过程中生成更多的乳酸等酸性代谢产物，使肿瘤组织周边组织液的pH降低。因此，肿瘤周围微环境的pH通常情况下要低于正常组织和器官的pH，生物体系pH及其变化进行精准测量对提高疾病诊断和治疗效果具有重要意义。随着生命分析化学的进步与发展，人们对pH的检测提出了越来越高的要求，传统pH检测方法面临极大的挑战。近日，青岛大学的毕赛教授团队设计了一种基于三螺旋-双螺旋分子开关驱动的DNA逻辑自组装策略，通过pH变化触发和控制DNA的杂交反应以实现DNA纳米结构的自组装，并成功应用于分子逻辑门操作和肿瘤细胞外pH的成像分析。

为了实现DNA纳米结构的pH可控组装，该团队设计了一种对pH敏感的上游底物，并由其控制下游的杂交链式反应（HCR）。在强酸性的条件下（pH为4.0或5.0），上游底物形成DNA三螺旋结构，从而抑制下游HCR反应的发生；而在弱酸性/中性/碱性的条件下（pH为6.0-9.0），上游底物无法形成三螺旋结构，使上游底物暴露出toehold区域并引发下游的HCR反应，产生荧光信号。该工作对不同pH下DNA的组装过程进行了实时荧光动力学研究，并对不同pH下DNA组装结构的形貌进行了AFM表征。

由于该体系中HCR过程由pH驱动的三螺旋-双螺旋分子开关控制，因此通过将酸性条件（H+）或碱性条件（OH-）与上游底物结合作为输入信号，该工作成功构建了“AND”和“INIHIBIT”两种分子逻辑门，并进一步应用于不同pH（pH为5.0或8.0）下人乳腺癌细胞MCF-7表面的荧光成像分析，实现了肿瘤细胞外pH的监测。该工作对发展生物计算体系、疾病诊断、拓展DNA纳米技术用于构建功能化DNA纳米结构和纳米器件具有重要的意义。

这一成果近期发表在Chemical Communications 上，文章的第一作者是青岛大学的硕士研究生齐洪杰，通讯作者是青岛大学毕赛教授。

该论文作者为：Hongjie Qi, Shuzhen Yue, Sai Bi, Caifeng Ding, Weiling Song

DNA logic assembly powered by a triplex-helix molecular switch for extracellular pH imaging

Chem. Commun., 2018, DOI: 10.1039/c8cc04615h