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仰大勇课题组Angew. Chem.:DNA材料用于肿瘤细胞化学和基因协同调控

近期,天津大学化工学院仰大勇教授(点击查看介绍)课题组在超分子自组装DNA纳米系统用于肿瘤细胞化学和基因协同调控方面取得新进展,相关成果发表在化学领域权威期刊Angewandte Chemie(《德国应用化学》)。天津大学化工学院李凤副教授和研究生吕兆月为共同第一作者。研究得到国家自然科学基金等的资助支持。


细胞内的氧化还原平衡是维持正常细胞代谢和功能的重要基础。在肿瘤细胞内,由于基因突变造成代谢异常,活性氧水平高于正常细胞,通过外界刺激下更易于达到活性氧阈值,造成细胞损伤。Nrf2是调控氧化还原平衡的关键转录因子,可调控细胞内多种抗氧化酶的表达。利用基因药物调控肿瘤细胞内Nrf2的表达,能够增强肿瘤细胞氧化应激并抑制其生长,是一种极具潜力的肿瘤治疗策略。如何开发安全高效的基因递送体系并实现与其他治疗方法的协同增强是该策略实现突破的关键。DNA是一种功能性生物大分子,具有分子识别性、序列可编程性以及可调的生物活性,且可与其他体系耦合实现多级次组装,精准构筑智能型DNA功能材料,在核酸药物递送领域展现出良好的应用前景。


仰大勇教授课题组构筑了一种超分子自组装DNA纳米系统,通过化学和基因协同调控增强肿瘤细胞的氧化应激,实现了对肿瘤的高效抑制和治疗(图1)。作者首先合成了两亲性碲醚(TeEG2),并与Mn(II)配位形成复合物(Te/Mn),Te/Mn与胆固醇修饰的DNA共组装生成具有类芬顿催化活性的DNA杂化纳米胶束。锚定在纳米胶束表面的DNA作为引发链触发发卡DNA(H1和H2)进行级联钳式杂交链式反应(C-HCR),实现纳米胶束界面上的DNA网络动态组装。发卡H2末端修饰ATP适配体,通过碱基互补配对与核酸药物siNrf2连接,实现siNrf2在DNA网络的高效负载。TeEG2具有出色的σ供电子能力,可促进电子从Mn(II)到H2O2的转移,提高了Mn(II)对类芬顿反应的催化活性,在肿瘤细胞中产生大量高毒性•OH,实现对肿瘤细胞的化学调控。同时,在肿瘤细胞内ATP分子驱动下,DNA网络中的ATP适配体发生变构,实现siNrf2的特异性可控释放,下调转录因子Nrf2及其相关抗氧化酶的表达,实现对细胞的基因调控。体外和体内实验均表明,基因调控可与化学调控协同作用显著增强肿瘤细胞的氧化应激,从而抑制肿瘤细胞的生长。

图1. 超分子自组装 DNA 纳米系统实现肿瘤细胞化学和基因的协同调控。A) 和B) 超分子自组装DNA纳米系统构建策略示意图。C) DNA级联组装实现siRNA高效装载。D) 细胞内siRNA特异性可控释放,实现肿瘤细胞的化学和基因协同调控


该工作报道的超分子自组装DNA纳米系统,为以肿瘤细胞氧化应激为靶标的治疗策略提供了重要的材料化学基础,有望推动精准医疗的发展。


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):

Supramolecular self-assembled DNA nanosystem for synergistic chemical and gene regulations on cancer cells

Feng Li, Zhaoyue Lv, Xue Zhang, Yuhang Dong, Xiaohui Ding, Zhemian Li, Shuai Li, Chi Yao, Dayong Yang

Angew. Chem. Int. Ed.2021, DOI: 10.1002/anie.202111900


研究团队简介


仰大勇课题组以生物大分子DNA为研究主线,聚焦DNA生物功能材料化学组装与智能制造,并用于生命分析和疾病治疗。


仰大勇

https://www.x-mol.com/university/faculty/48490 

课题组主页:

http://yanglab-dna.com/ 


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