近日，我校程明攀教授課題組在核酸研究領域國際著名期刊Nucleic Acids Research上發表題為i-Motif DNA Molecular Beacon for MicroRNA Detection的研究論文。工學院2022級博士研究生羅騰碩為論文的第一作者，程明攀教授為論文的通訊作者，中國藥科大學為論文的唯一通訊單位。
核酸分子信標（Molecular Beacon）因其具有結構簡單、背景信號低、高敏感度和特異性，是一類重要的核酸檢測探針分子。其具有發卡狀的莖環結構，莖結構通常由反向互補配對的雙鏈DNA構成，單鏈的環區域是主要目標識別單元。分子信標結合目標分子，分子剛性的增加，雙鏈莖結構解鏈，進而產生信號。
程明攀課題組在i-motif DNA結構多樣性和穩定性研究方面具有豐富的研究經驗（JACS, 2021；Angew, 2021）。i-Motif是由富含胞嘧啶序列折疊形成的四鏈體核酸結構。i-Motif結構基礎是相互堆積的半質子化胞嘧啶-胞嘧啶堿基對。不同于雙鏈，i-motif結構穩定性與環境pH密切相關。i-Motif DNA在染色體關鍵位置，比如端粒末端和癌癥相關基因啟動子廣泛存在，具有維持染色體穩定性和調節基因表達的重要功能。另一方面，作為環境敏感型核酸，它可作為動態DNA生物納米技術的基本結構單元，應用于藥物可控釋放和生物傳感。
近日該課題組報道了首例基于i-motif DNA結構的分子信標（iMB），并成功將其應用于癌癥標志物microRNA（miRNA）的檢測。在本研究所設計的iMB結構中，i-motif作為分子信標莖區域，既是結構框架又是pH傳感器，其三個環區域單鏈則作為識別單元直接參與目標miRNA的結合。為了解決環境pH和溫度同時影響iMB結構穩定性的問題，該研究利用核酸相圖分析法來優化和闡明靶標miRNA和iMB之間的動態結合平衡，實現了核酸的高靈敏和特異性檢測。此外，研究發現iMB對核酸酶具有降解抗性，利用這種性質設計了一種等溫信號擴增技術，進一步提高檢測靈敏度。最后，將iMB應用于模型細胞和癌癥血液樣本的miRNA檢測，結果顯示其與經典的RT-qPCR檢測性能接近。
這項研究得到了巴黎綜合理工學院Jean-Louis Mergny，南京大學周俊教授和中國藥科大學工學院劉云龍副教授的指導與幫助。該工作得到國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金、江蘇特聘教授、江蘇省前沿技術研發計劃、江蘇省雙創團隊和我校高層次人才計劃的支持。
全文鏈接：https://doi.org/10.1093/nar/gkaf556。
圖1：i-Motif分子信標與microRNA結合相圖
（供稿單位：工學院，撰寫人：朱功春，審核人：劉帆）
