基于DNA纳米结构支架的高效基因修复体系

发布时间：2020-08-09 22:45

【摘要】：人体中DNA受外部环境影响如环境因素以及紫外线照射的影响,以及内部致癌物的侵蚀而受损,基因由于其在转录时也发生着碱基错配、丢失等情况,导致基因本身也发生着变化。基因被复制时有可能会出现碱基错配的情况,而人类的遗传物质之所以相对稳定的存在,这是因为人体中有能监控并修复的酶系统在发挥作用。基因修复是指在原位修复有缺陷的基因,将靶细胞中的致病基因加以修正,确保人体中遗传物质的稳定性,维护着人类正常的生命健康。基因损伤是指由于碱基缺失或者错配以及外界环境因素如紫外线照射等原因导致的基因突变。DNA是纳米器件和纳米结构有吸引力的聚合物建筑材料,因为它具有自我识别和自组装的能力。装配的形成依赖于碱基互补配对的基本原则,对序列的精心设计可以使得装配的DNA纳米结构具有形状自主设计、刚性良好等性能。依据碱基互补配对原则,DNA双螺旋结构表现出非常高的稳定性,由此可进一步设计形成基于DNA高阶结构的DNA折纸结构以及DNA支架等众多DNA笼。DNA链之间或之中可能有许多非经典的配对模式,这些相互作用导致形成不寻常的结构,包括但不限于G-四联体,i-基序,三链体和平行链双链体。这些结构创造了更多样化的基于DNA的构建模块,并且具有超越传统双链DNA的某些优势。各种外部因素以及内部因素的影响将导致人体基因损伤,如不及时防御,将进一步恶化成癌变等疾病。DNA修复系统是对DNA损伤进行修复的重要手段。其中,碱基切除修复是修复中重要的手段,本研究针对两种酶的协同作用进行展开,当人体由于外部因素或内部因素影响时,可能导致基因中碱基的突变即G:C到T:A颠换,8-羟基鸟嘌呤DNA糖苷酶具有特异性识别基因组中的8-oxoG,在基因的碱基切除修复中发挥着重要作用。切除后产生ap位点,通过APE1酶将ap位点切除,在阻止细胞的恶变中起重要作用。本研究采用基于DNA纳米支架结构的方法,通过精准设计支架的结构,取向,将HOGG1酶与APE1酶连接在支架上,构架支架-酶基因修复体系。运用荧光曲线对酶活性进行检测,通过设计支架结构可起到固定化酶以及精准控制酶间距离的作用,进而提高酶活性,提升基因修复的效率。通过基于DNA纳米支架结构的酶级联体系的建立是本次课题的研究重心,旨在通过该方法的建立实现对基因修复效率提高。DNA本身作为生物分子,其纳米支架结构具有很好的生物相容性,这对于今后从体外实验到体内实验打下了非常好的物质基础。研究在基于DNA纳米支架的酶级联体系中酶的活性与效率,这对于基因损伤的修复以及对癌症的前提防御预发挥了辅助的作用。
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;R318.08
【图文】：

序列,代表性,紫外线,细菌

１．２．３核苷酸切除修复逡逑细菌在紫外线辐射下，其生命特征受到严重威胁，可是当蓝光再次照射细菌时，逡逑其生命特征恢复，这是用于修复ＤＮＡ损伤的光解酶在发挥作用。细菌在受到紫外线逡逑照射时有两种修复机制：光解酶的损伤修复以及对紫外线敏感的细菌突变系的形成，逡逑其中包括ＵｖｒＡ、ＵｖｒＢ、ＵｖｒＣ突变基因［１｜］。这三种蛋白在识别紫外线辐射中起到协同逡逑作用。发挥对ＤＮＡ损伤进行识别以及确认功能的是ＵｖｒＡ、ＵｖｒＢ，对ＤＮＡ受损两端逡逑起到剪切作用的是ＵｖｒＣ，ＵｖｒＣ可移除１２？１３个核苷酸片段，其中包括ＤＮＡ损伤部逡逑位［１２］。随后ＤＮＡ聚合酶发挥作用，以完整的ＤＮＡ模板链通过合成正确的ＤＮＡ序列逡逑进行空缺的弥补，再通过ＤＮＡ聚合酶将原片段与新合成的片段连接完成了整个核苷逡逑酸切除修复。通过细菌的损伤修复延伸至人体中关于核苷酸切除修复，人体在紫外线逡逑损伤修复中有更多的蛋白分子参与，虽然其修复过程更加复杂，但都遵循对损伤识别、逡逑确认、切除的修复机制［１３］。逡逑尚巾k 逦电离辐射逦射线逡逑紫外线逦复制错误逦电离辐射逦多环芳番烃逦榋铂逦电搿＿射逡逑

鸟嘌呤,阶段,嘧啶核苷酸,内切酶

图１－２邋８－轻基鸟嘌呤糖基化酶催化阶段１４５１逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋８－ｏｘｏｇｕａｎｉｎｅ邋ｇｌｙｃｏｓｙｌａｓｅ邋ｃａｔａｌｙｔｉｃ邋ｓｔａｇｅ［４５１逡逑１．５．３嘌呤嘧啶核苷酸内切酶逡逑嘌呤嘧啶核苷酸内切酶／氧化还原效应因子（ＡＰＥ１）是氧化应激细胞反应的主要逡逑调节剂，在维持基因组稳定性方面起着核心作用［４６］。ＡＰＥ１在细胞生长，凋亡，细胞逡逑内氧化还原状态，线粒体功能和细胞骨架结构中都起着一定的作用。总体而言，ＡＰＥ１逡逑是协调哺乳动物细胞中的重要功能枢纽。ＡＰＥ１的生物活动是通过两个功能不同的区逡逑域。含有核定位信号序列的Ｎ端主要致力于氧化还原转录共激活活性，而Ｃ端在ＤＮＡ逡逑的无碱基位点上发挥酶活性。ＡＰＥ１表达失调与不同的致瘤过程有关。ＡＰＥ１能够激活逡逑转录因子，如ｐ５３和Ｅｇｒ－１，主要涉及细胞周期调控和凋亡程序的控制［４７］。逡逑１．５．４嘌呤嘧啶核苷酸内切酶在ＢＥＲ途径中的作用逡逑

原理设计,支架,寡核苷酸链

４、将第三步中得到的稀释溶液取出１／／Ｌ，随后在仪器上测量该样品在２６０邋ｎｍ处逡逑的吸光度；逡逑５、最终通过一系列计算得出该样品的浓度，放于冰箱中储存。逡逑２．３．２邋ＤＮＡ折纸支架结构的设计理念逡逑ＤＮＡ折纸支架是ＤＮＡ分子通过人为设计特定序列依据碱基互补配对基本原则，逡逑通过每个ＤＮＡ分子黏性末端进行嵌套的自组装结构１５２］。一般设计ＤＮＡ折纸结构首逡逑先构建稳定的基础结构作为支撑模块，然后通过特性与功能的需要再设计更具有层次逡逑的高级结构［５３］。ＤＮＡ折纸结构根本原理是依据碱基互补配对原则。本次合成的ＤＮＡ逡逑折纸结构为ＤＮＡ支架结构，一共有六条寡核苷酸链参与其中，四条寡核苷酸链作为逡逑基板起到支撑作用，另外两条寡核苷酸链不仅作为基板的一部分，同时其部分链各１３逡逑碱基长度在基板之上，负责与酶进行连接。通过软件设计出其原理图以及软件模拟图，逡逑如图２－１、２－２所示。逡逑

【参考文献】