DNA通常被认为是地球上所有生物遗传信息的载体。对化学家来说，DNA不过是一种大分子，可以在实验室里用特殊的设备和技术以较小的规模人工再造。这是一种有趣的材料，因为DNA链包含一种独特的信息模式。这意味着，在一个由数百条DNA链组成的池中，其中一条链将主要与整个混合物中的另一条链相互作用，形成双螺旋结构。由于这种特异性，人工DNA构建块可以折叠成独特的纳米尺寸的图案，如笑脸，星形，立方体或四面体。后两个例子在DNA纳米技术领域引起了相当大的兴趣，因为它们显示出作为纳米级容器的潜在用途。例如，这种容器可以在体内运输药物，并有选择地将其释放到所需的位置，从而最大限度地减少负面副作用。

图1所示。将三异核苷酸(B)组装到四面体支架(C)中，并研究了在烷基链(A)上具有不同柔韧性的连接器设计(A);粗线)。

制备DNA构建块的一种方法是基于所谓的三异核苷酸。这些构建模块包含三个连接在连接器核心上的DNA臂。然后，一组四种三异核苷酸可以以四面体的形式组装成一个笼状结构(图1;B和C)。连接体需要足够的柔韧性，以允许三异核苷酸折叠到四面体支架中。如果连接件过于刚性，则笼无法关闭，因此不适合作为潜在的货物载体。连接剂和DNA臂之间的碳氢链实现了灵活性(图1,A:粗体片段)。

在这项工作中，研究了允许稳定折叠成封闭四面体所需的这些链的最小可弯曲性，这对纳米结构的下限具有普遍的见解。比较了三种不同长度的链:亚甲基(T1)、乙烯(T2)和丙烯(T3)。到目前为止，对亚甲基链和丙烯链的柔韧性有研究，但对乙烯的柔韧性还没有研究。在一项系统的研究中，制备了三组具有可比性的四种三异核苷酸，唯一的区别在于烃链长度。制备过程包括三链连接体的合成(图1,A)、三异核苷酸的自动合成、制备聚丙烯酰胺凝胶电泳纯化和MALDI-TOF质谱分析。然后将每组的所有四个构建块混合在一起，并使用温度协议进行组装。

组装产物用绿豆核酸酶进行酶解，并用琼脂糖凝胶电泳进行研究。这种酶更容易消化单链DNA而不是双螺旋DNA。一个完全封闭的四面体包含六个双螺旋，而一个部分开放的四面体也包含单链。亚甲基链(T1)的组装实验结果与预期一致，而乙烯(T2)和丙烯(T3)保持不变。换句话说，至少有乙烯链的连接体具有足够的柔韧性，而有亚甲基链的连接体过于刚性，无法折叠成四面体。然而，基于T1三链连接体的三异核苷酸在混合实验中仍然能够与具有更高柔韧性的连接体形成四面体支架。

由于这项研究表明乙烯链具有足够的柔韧性，因此使用市售的1,3,5-三(2-羟乙基)-N,N '，N ' -异氰脲酸酯(THEIC)建立了全新一代的三链连接体(TN)，其几何形状与T2三链连接体核心相似。与之前的连接剂相比，该连接剂的制备速度更快，成本更低，从而缓解了批量制备三异核苷酸的瓶颈。三异核苷酸中TN三链体的柔韧性和稳定性测试与T1-T3组相似，也导致稳定的四面体。

这项研究揭示了DNA纳米结构的下限，并利用THEIC引入了新一代更便宜、更通用的三链连接体，为未来三异核苷酸纳米结构的应用做准备。

克里斯托Panagiotidis

Lehrstuhl 有机化学I，生物有机化学;
Ruhr-Universitat波鸿

出版

基于三异核苷酸的四面体支架中C(3h)对称连接体的柔韧性。
冯志强，张建军，张建军，等
2015年11月23日

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