單鏈DNA寡核苷酸在生物和化學領域有著廣泛的應用，例如作為反義核苷酸捕捉特定DNA/RNA序列、沉默RNA來抑制蛋白表達、或者作為核酸適配體特異性得結合各種分子。然而，線性DNA單鏈很容易被外切酶降解，嚴重阻礙了單鏈DNA寡核苷酸的應用。將線性DNA單鏈環(huán)化，可以移除端位磷酸基團，從而顯著增強其化學穩(wěn)定性。環(huán)化DNA單鏈還有著額外的應用，例如作為滾環(huán)擴增的模板鏈和組裝DNA納米結構。但現(xiàn)有的酶法或固相方法合成小于20個堿基長度的環(huán)狀DNA單鏈是極具挑戰(zhàn)性的。以線性模板鏈和DNA T4連接酶的方法產率很低、無法大規(guī)模生產且分子間多聚體的副產物很多，而專用的環(huán)化酶則面臨著高成本和低產率的問題。
近日，普渡大學的Victoria E. Paluzzi，張崔政和毛成德教授共同開發(fā)了一種新型的DNA環(huán)化策略。這種策略使用常用的DNA T4連接酶催化，可以低成本、高效(~95%)、大規(guī)模(100 μM)地合成短至16個堿基長度的環(huán)狀DNA單鏈。
在傳統(tǒng)線性模板的基礎上，普渡大學課題組在模板的兩端引入額外的發(fā)卡結構。這種發(fā)卡結構不僅可以增加連續(xù)堿基的堆積數并穩(wěn)定其和目標鏈的配對，同時這樣的堆積也有效提高了DNA T4連接酶對于底物的催化效率。不僅如此，DNA發(fā)卡結構間的相互斥力也有效減少了目標鏈間的相互作用力，從而進一步提高模板鏈-目標鏈環(huán)狀復合物的比例。在DNA濃度高達100微摩的溶液體系中，長度為16個堿基的線性鏈的整體環(huán)化產率可以達到驚人的97%，遠遠高于傳統(tǒng)的酶法或固相合成。該工作提供了一種全新且高效的DNA環(huán)狀短鏈的合成方法，可以被廣泛用于醫(yī)療診斷、構造DNA納米機器人或者DNA水凝膠的原料制備和生產。 論文信息 Near-Quantitative Preparation of Short Single-Stranded DNA Circles Victoria E. Paluzzi, Cuizheng Zhang, Chengde Mao Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202218443
