光驱动底物通道实现级联酶活性的调控

生物体内的级联酶反应具有催化速度快、选择性好、反应条件温和等优点，对于合成生物学、生物医学等领域有重要的借鉴意义。作为级联酶反应的常见现象之一，底物通道可直接将代谢中间物传递给下一个酶而避免其扩散到溶液中，不仅有效提高级联酶反应的选择性，而且显著加快酶反应速率。因此，在胞外环境中实现底物通道的人工构建及精确调控（尤其是对光等外界刺激作出智能响应）尤为重要。

近日，厦门大学/上海交通大学杨朝勇教授（点击查看介绍）课题组与美国亚利桑那州立大学颜颢教授（点击查看介绍）课题组合作，结合DNA折纸术（DNA origami）和光响应偶氮苯分子，在体外仿生构筑了光驱动底物通道用以实现级联酶活性的调控。DNA折纸结构具有精确的可寻址性、纳米级的空间分辨率和优异的动态可调性质，是介导纳米颗粒、蛋白、小分子等客体的精确组装及功能调控的理想材料。利用底物通道在级联酶反应中的重要作用，研究团队将光敏偶氮苯分子修饰在摆臂和锚点DNA链上，借助偶氮苯分子的光响应性调控辅酶因子NAD⁺/NADH的摆动方向，从而实现快速、可逆、无污染的级联酶活性调控。在可见光下，反式的偶氮苯可促使摆臂和锚点杂交，使得辅酶因子远离酶通路，进而降低酶通路活性；而在紫外光下，顺式的偶氮苯使摆臂和锚点去杂交，促使辅酶因子在级联酶之间自由摆动，从而提高酶通路活性。该策略实现了级联酶活性快速、可逆的光调控，为合成生物学、生物医学等领域提供一种蛋白活性光调控的新思路。

这一研究成果近期发表在J. Am. Chem. Soc. 上，文章的第一作者是能源材料化学协同创新中心（iChEM）博士生陈雅鸿，通讯作者是杨朝勇教授、柯国梁博士（现湖南大学助理教授）和颜颢教授。该工作得到了国家自然科学基金委和教育部（长江学者和创新团队发展计划）的资助。

该论文作者为：Yahong Chen, Guoliang Ke, Yanli Ma, Zhi Zhu, Minghui Liu, Yan Liu, Hao Yan, Chaoyong James Yang

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

A Synthetic Light-Driven Substrate Channeling System for Precise Regulation of Enzyme Cascade Activity Based on DNA Origami

J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 8990–8996, DOI: 10.1021/jacs.8b05429

杨朝勇教授简介

杨朝勇，上海交通大学分子医学研究院/厦门大学化学化工学院教授、博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者。研究兴趣包括体外诊断新方法、微流控技术在生物医学中的应用、单细胞分析、纳米生物医学工程、功能化DNA纳米组装等。担任中国化学会化学生物学专业委员会副主任、谱学分析与仪器教育部重点实验室副主任；BMC Biochemistry 副主编、 ACS Applied Bio Materials 副主编; Analytical Chemistry、Lab on a Chip、Analyst、Biomicrofluidics、Scientific Reports、Analytical and Bioanalytical Chemisry、Journal of Analysis and Testing、《分析化学》、《分析测试学报》等期刊编委/顾问编委。先后获得美国化学会分析化学研究生奖、中国政府优秀自费留学生奖、中美化学与化学生物学教授协会杰出教授奖、福建省五四青年奖章、福建省运盛青年科技奖、福建省杰出青年基金、国家杰出青年科学基金、福建省高校领军人才、福建省科技创新领军人才、厦门市双百计划领军型创业人才、福建省自然科学优秀学术论文一等奖、中国青年分析化学家奖、中国化学会-英国皇家化学会青年化学奖、科技部中青年科技创新领军人才、中组部等9部委《全民科学素质行动计划纲要》实施工作先进个人等奖项与称号。

http://www.x-mol.com/university/faculty/14060

颜颢教授简介

颜颢教授现任美国亚利桑那州立大学生物设计研究所分子设计与仿生中心主任及分子科学学院讲席教授。颜颢教授于2001年毕业于纽约大学化学系，师从结构DNA纳米技术奠基人、美国艺术与科学院院士Ned Seeman教授。颜颢教授是国际公认的DNA纳米技术领域的顶尖科学家，至今已发表180余篇高水平学术文章，其中近30篇发表在Science，Nature 及Nature子刊上。颜颢教授的文章被广泛引用接近2万次，目前H-index为75。颜颢教授获得Rozenberg Tulip Award in DNA Computing，Alfred P. Sloan Research Fellowship，NSF Career Award，AFOSR Young Investigator Award等一系列荣誉，并曾任国际纳米科学、计算和工程学会主席等职务。

http://www.x-mol.com/university/faculty/4874