研究人员发现了一种较少为人所知的DNA相互作用方式，即正向或反向胡姆斯汀相互作用，使第三条链能够加入其中，形成美丽的三链结构。来自奥尔胡斯大学Gothelf实验室的研究人员描述了一种基于胡姆斯汀相互作用的双链DNA组织方法。他们的论文《使用三链形成寡核苷酸将双链DNA折叠成设计形状》发表在《先进材料》杂志上。
研究人员写道：“基因组DNA的紧凑和组织是真核细胞的中心机制，但对双链DNA（dsDNA）的工程结构控制尤为具有挑战性。在三链介导的自组装中，通过三链形成的寡核苷酸（TFOs）通过正常或反向胡姆斯汀相互作用与dsDNA中的嘌呤结合。”
“在三链折纸方法中，这些非经典相互作用被编程用于将长dsDNA模板（线性或质粒）折叠成定义良好的物体，这些物体展示了各种结构特征：中空和充满栅格、单层和多层、具有自定义曲率和几何形状，并具有无网格、方形或蜂窝褶皱的内部排列方式。令人惊讶的是，集成和独立的dsDNA环的长度可以以近乎完美的效率调节，从数百个碱基对（2纳米）减少到仅六个碱基对（2纳米）。”
“由于dsDNA的固有刚性，这使得结构具有稳健性和非周期性特征，因此与其他基于DNA自组装的方法相比，可以用较少的起始材料形成近25,000个核苷酸的高密度三链结构。密集三链结构还能够抵抗DNase I的降解。三链介导的dsDNA折叠方法在方法上简单直观，并且与华生-克里克基于方法正交。此外，它实现了对dsDNA模板前所未有的空间控制。”
该研究表明，三链形成链能够弯曲或“折叠”双链DNA，从而形成紧凑的结构。这些结构的外观范围从中空的二维形状到致密的三维构造，以及包括类似盆栽花卉的结构。Gothelf及其同事将他们的方法称为三链折纸。
根据奥尔胡斯大学的研究人员表示，通过三链折纸，科学家可以实现对双链DNA形状的人工控制，这在以前是难以想象的，从而开辟了新的研究领域。最近的研究指出，三链形成在自然遗传DNA的紧缩过程中起着一定作用，目前的研究可能为这一基本生物过程提供了见解。
在基因疗法和其他领域的潜力
该研究还表明，胡姆斯汀介导的三链形成可以保护DNA免受酶降解。因此，使用三链折纸方法紧缩和保护DNA可能对基因疗法具有重大意义，其中通过将缺失某种功能的疾病细胞编码到可传递的双链DNA中来修复这些细胞。
DNA序列和结构的研究也已应用于纳米尺度材料工程，为治疗学、诊断学和许多其他领域提供了应用。
奥尔胡斯大学化学系和跨学科纳米科学中心的Kurt V. Gothelf博士表示：“在过去的四十年中，DNA纳米技术几乎完全依赖华生-克里克碱基间的相互作用，将单条DNA链配对并组织成定制的纳米结构。我们现在知道，胡姆斯汀相互作用具有组织双链DNA的相同潜力，这对该领域来说是一个重要的概念扩展。”
Gothelf及其同事证明，胡姆斯汀介导的折叠与现代华生-克里克基于方法兼容。然而，由于双链DNA的相对刚性，三链折纸结构所需的起始材料较少，从而以更低的成本形成更大的结构。
这种新颖的技术的局限性在于三链形成通常需要双链DNA中长的嘌呤碱基序列，因此研究人员使用了人工DNA序列，而不是自然遗传DNA。然而，他们将在未来努力克服这一限制。
编辑：周敏
排版：李丽
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