非经典氢键驱动的DNA动态组装

发布时间：2020-08-05 15:09

【摘要】：利用粘性末端介导的DNA链置换反应(Toehold-mediated DNA strand displacement reaction,TSDR)可以合理地构建一系列动态的DNA模型,而小分子物质三聚氰酸可以通过与poly(adenine)(poly(A))之间形成非经典氢键使其组装成稳定的纤维结构。本研究以三聚氰酸与poly(A)之间的非经典氢键所驱动的DNA动态自组装为基础构建出一种新的DNA模型,并探究内部因素与外部因素对其速率的影响,同时利用此模型实现对micro RNA较好的分型效果和在DNA四面体组装中的应用。通过对反应条件、反应物浓度及寡核苷酸链的长度进行优化,使得构建的DNA模型成立的同时,其发生动态自组装的产率和速率最大。在对反应条件进行优化时,发现当反应体系中的缓冲溶液的pH值为4.5、缓冲溶液的镁离子浓度为10 mmol·L-1时,并在室温下(25℃)动态自组装的产率和速率最大,即体系的荧光值上升量最大;在对反应物浓度进行优化时,若寡核苷酸链的初始浓度为1 μmol·L-1,发现当三聚氰酸的浓度为500μmol·L-1时反应产率和速率最大;在对寡核苷酸链的长度进行优化时,分别对该DNA模型的头部,中间及尾部进行优化,发现在此模型的头部增加两个碱基,即侵入链的长度为31 bp时反应产率最大。除了通过反应体系荧光强度的变化来对反应结果进行表征,还可以通过原子力显微镜、聚丙烯酰胺凝胶电泳、反应产物的发射光谱、圆二色谱以及熔解曲线的测量等方法对其进行表征。研究结果表明,较之经典氢键驱动的链置换反应,该模型的反应速率较高,且能被内部和外部因素影响。若利用此最佳模型对micro RNA let-7a和let-7c进行检测,分别将let-7a和let-7c替换掉模型的保护链,并使其在最佳条件下进行反应,发现当目标链不同时,体系的荧光值下降的速率和程度不同,说明该模型可以较好的应用于micro RNA的分型。实验结果表明该模型也可以应用到DNA四面体组装中,在构建纳米结构方面有一定的应用性。
【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】：O629.74;O641.3
【图文】：

１．２．２基于ＤＮＡ四链体的Ｔｏｅｈｏｌｄ活化方式逡逑除了经典的双螺旋结构，ＤＮＡ还可以形成四链体，比如分子内或者分子间的能逡逑响应环境刺激因素的Ｇ－四链体［４３］和ｉ－ｍｏｔｉｆｔ４４１结构，由于ＤＮＡ四链体具有独一无二的逡逑生物功能，因此己经在核酸研宄领域成为一个逐渐扩大的研宄课题｜４５ｌ邋ＤＮＡ四链体逡逑具有更高级的结构，被视为ＤＮＡ纳米技术中的很有前景的材料１４６１。目前，已经研发逡逑出基于ＤＮＡ四链体（Ｇ－四链体或者ｉ－ｍｏｔｉｌ）的Ｔｏｅｈｏｌｄ活化方法，这类方法可以通过调逡逑节多种环境刺激因素，进而有效地调控ＤＮＡ链置换反应的动力学，此种方法也为合逡逑理地设计动态ＤＮＡ反应模型提供了更多的可能性。逡逑Ｇ－四链体具有调控细胞生长或调亡的重要功能，存在于端粒的重复序列中。若在逡逑互补链和侵入链的Ｔｏｅｈｏｌｄ区加入两端含鸟嘌呤的重复序列和一段相关的核酸序列，逡逑其中我们将重复序列称为Ｇ－四链体的子单位，将另一段相关的核酸序列称为辅助序逡逑列，当体系中引入Ｓｒ２＋时，侵入链与互补链的Ｔｏｅｈｏｌｄ区的含鸟嘌呤的重复序列可结逡逑

移逦Ｑ．逡逑图１－２基于Ｇ－四链体的Ｔｏｅｈｏｌｄ活化原理［４６］逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋Ｇ－ｑｕａｄｒｕｐｌｅｘ－ｂａｓｅｄ邋ｔｏｅｈｏｌｄ邋ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ邋ｓｔｒａｔｅｇｙ逡逑Ａｐｔａｍｅｒ逡逑＋邋ｆｔ逡逑ｌ逦ｆ逡逑＞￣＾邋ｉ邋ｉ邋ｉｔ邋＼邋ｕｎ逦Ｊ逡逑ＱＩ逦Ｑ逡逑＞＂邋Ｎ邋Ｃｙｃｌｅｓ邋）逦雪邋％逡逑Ｗ＾－＊＊＊％．逦、逦－－一逦一逡逑ｆｆｉｒａｘｒａｍｍｉ＾邋《＾ａｎｎｍｒｍＤ＾／逡逑Ａｐｕｍｍ逦从ＨＴＣＧ邋．ｍ（Ｕ、如ＫＫＫ＇逦沁邋ＴＧａ邋ｃ！、４＊逡逑Ｉｎｉｒｋｔｉｏｔｉ邋ｓｔｍａｄＵＳ）邋５ＶＡＧＴＣＡＩ邋ＡＶｕＵ＼＃保埽醶rP埽蓿颍]3?ｍｔ邋ｓ＾ｉｎ＾ｒｒ邋ｎ邋＾邋ｉａｋ；邋ｉｒｅ邋！邋－１＜邋＼邋ｉ邋＞逦ａ邋ｉ＇Ｍｔｕ邋＼邋ｏｎ邋，逡逑Ａ（逦ｆ沁邋ＣＵ．…」．汀邋ｖ．逡逑ＵＰ２邋５Ｖ＾？0邋Ｈｕ邋＜５Ａｉ＇＇ＵＴ邋ｉ邋Ｕ邋Ａｖ；ｉ邋＾邋ＣＡ邋Ｉ邋ＡＧ邋＇！Ｍ＇Ａ（．邋ｌ：－：Ａ逦；逡逑图１－３基于Ｇ－四链体驱动的ＤＮＡ链置换反应检测凝血酶的原理图［４Ｉ］逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｅｎｚｙｍｅ－ｆｒｅｅ，邋ｎｏｎ－ｌａｂｅｌ邋ａｎｄ邋ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ邋ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ邋ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ邋ｏｆ逡逑ｔｈｒｏｍｂｉｎ邋ｂａｓｅｄ邋ｏｎ邋ｔｈｅ邋ｔｏｅｈｏｌｄ邋ｓｔｒａｎｄ邋ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ－ｄｒｉｖｅｎ邋ａｓ

逦第一章绪论逦逡逑相比于Ｇ－四链体，我们把富含胞嘧啶的寡核苷酸链形成的ＤＮＡ四链体称为逡逑在接近中性的溶液中，由于Ｃ－Ｃ错配所以Ｔｏｅｈｏｌｄ区域分开，导致了极其逡逑缓慢的链置换反应。当体系的ＰＨ值下降时，胞嘧啶部分质子化，形成了邋ｉ－ｍｏｔｉｆ从而逡逑加快了链置换反应的速率。此类反应的速率可以通过对Ｃ－Ｃ＋的数目和ＣＳ的长度进行逡逑调控得以实现。逡逑

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本文编号：2781660