仰大勇教授课题组Nano Lett.：肿瘤细胞内DNA纳米结构动态组装激活自噬并实时追踪

近期，复旦大学/天津大学仰大勇教授（点击查看介绍）与天津大学姚池教授（点击查看介绍）合作在DNA功能材料可控组装与细胞行为调控方面取得新进展。他们设计了一种荧光分子修饰的枝状DNA，可响应肿瘤细胞内的分子信号进行组装，从而实现自噬的激活和实时追踪，相关成果发表于国际权威期刊Nano Letters。博士生郭彦飞和硕士毕业生仝兆斌为共同第一作者。该工作得到国家自然科学基金等资助支持。

通过引入外源材料，在活细胞内可控自组装构建人工结构，是细胞调控的有效策略。自噬是一种通过溶酶体来降解细胞内功能失调组分的过程，在维持肿瘤细胞稳态、分化及发育的过程中发挥着多重作用。通过对肿瘤细胞自噬的激活和追踪，有助于理解肿瘤细胞自噬的机制，促进自噬相关癌症诊疗的发展。脱氧核糖核酸（DNA）作为一种天然的生物大分子，具有序列可编程性和分子识别能力，能够在细胞内复杂环境下发生精准组装，调控细胞的功能和行为；利用荧光修饰的DNA分子，能够实现组装过程的原位动态测量。因此，合理设计和构建DNA材料组装结构可实现肿瘤细胞自噬的调控和实时追踪。

图1. 肿瘤细胞内枝状DNA自组装实现自噬激活与实时追踪

研究团队报道了一种基于枝状DNA的肿瘤细胞内H⁺和酶响应组装策略。设计合成的枝状DNA具有三个分支，其中两个分支含有不同的DNA功能单元：一个分支含有Cy3-BHQ2荧光淬灭对和半i-motif序列，另一个分支含有Cy5-BHQ3荧光淬灭对和响应脱嘌呤/脱嘧啶核酸内切酶1（Apurinic/apyrimidinic endonuclease 1，APE1）酶的AP位点。枝状DNA被肿瘤细胞摄取后发生动态组装。首先，在溶酶体酸性环境下（pH ~5.0），DNA中的胞嘧啶质子化，两个相邻的半i-motif序列形成含有i-motif结构的DNA二聚体，同时Cy3与BHQ2解离，荧光恢复。随后，DNA二聚体从溶酶体进入细胞质中并解组装，释放出分支的粘性末端。另一分支模块响应APE1酶切割AP位点，Cy5与BHQ3解离，荧光恢复，同时释放该分支的粘性末端。枝状DNA通过粘性末端碱基互补配对进行组装形成网络结构，组装过程中Cy3与Cy5靠近发生荧光共振能量转移（fluorescence resonance energy transfer，FRET）。枝状DNA的组装过程伴随DNA结构尺寸的变化，引发自噬体的聚集而激活自噬。由于质子驱动组装的过程消耗了肿瘤细胞溶酶体内的氢离子，影响了溶酶体功能，进而引发线粒体氧化应激并增强自噬效应。通过对组装过程中荧光动态变化和自噬进程的同步监测，可以实现对肿瘤细胞自噬过程的实时追踪。

这种原位DNA材料动态组装策略为自噬相关恶性肿瘤的诊断和治疗提供了新的思路。通过DNA分子的合理设计，利用这一体系还可以针对肿瘤细胞的其他生物过程进行激活和实时追踪，促进癌症诊疗新途径的探索，从而推动精准医学的发展。

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）：

Dynamic Assembly of DNA Nanostructures in Cancer Cells Enables the Coupling of Autophagy Activating and Real-Time Tracking

Yanfei Guo, Zhaobin Tong, Yan Huang, Jianpu Tang, Xue Xue, Dayong Yang*, and Chi Yao*

Nano Lett., 2024, 24, 3532–3540, DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c00552

研究团队简介

仰大勇教授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，探究生命系统运行机制，探索重大疾病的诊断治疗新途径。

课题组招聘博士后研究人员，详情请查看课题组主页：http://yanglab-dna.com/ 

仰大勇

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

姚池

https://www.x-mol.com/university/faculty/382019