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细胞作为生物体的基本结构和功能单元，蕴含一系列时空有序的精妙化学过程，其中化学组分的动态变化是生命活动的基础。因此，在活细胞内构建具有生物学功能的人工纳米组装体，研究组装的动态化学过程，有助于深入理解生命系统运行机制，实现对细胞功能的调控，从而为疾病的诊断治疗探索新路径。外源性化学组分进入活细胞后响应多种微环境信号分子刺激，实现可控的动态化学分子变构。然而，细胞内微环境具有区室、拥挤、动态、网络等复杂特征，因此在活细胞中构建可控的分子组装体系存在巨大挑战。
2024年8月30日(当地时间)，复旦大学化学系仰大勇教授课题组，受邀于期刊Accounts of Chemical Research发表题为“Dynamic Chemistry of DNA-Based Nanoassemblies in Living Cells”的评述文章。该文章结合团队近年来的研究进展，对“活细胞中DNA纳米组装体的动态化学”方面的研究工作进行了归纳和总结。阐述了DNA纳米组装体与细胞内源性酶之间的相互作用，包括酶对纳米组装体中DNA和RNA分子的精准识别和切割。总结了溶酶体内H+对DNA纳米组装体的影响，包括i-motif结构形成和聚合物涂层的酸降解。
脱氧核糖核酸(DNA)具有序列可编程性、分子识别能力和纳米结构可预测性等特征，是作为构建细胞内刺激响应性材料组装基元的不二之选。
该文章讨论了DNA纳米组装体的谷胱甘肽(GSH)响应机制，包括二硫键的断裂和纳米组装体的还原响应。同时也讨论了三磷酸腺苷(ATP)介导DNA纳米组装体构象转变的过程，实现了核酸药物的响应性释放。展示了光介导DNA纳米组装体时空可控的动态化学变化，在特定时间点的光刺激下，纳米组装体在活细胞内进行精准可控的解组装/再组装，从而调控细胞功能。
图1. Supplementary Journal Cover：活细胞内DNA纳米组装体动态化学实现细胞功能调控
最后，文章展望了这一领域的未来发展方向和应用前景。基于DNA纳米组装体的活细胞内动态化学可为重大疾病诊疗提供新途径，促进精准医学的发展。
注：文中插图源于 Accounts of Chemical Research
原文链接：
https://doi.org/10.1021/acs.accounts.4c00301
来 源 复旦大学化学系
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