基于熵驱动链置换策略的高灵敏mRNA检测与细胞内成像研究

信使RNA（Messenger RNA，mRNA）是一类由DNA作为模版转录而来的携带有遗传信息的单链核糖核酸，作用是指导蛋白质的合成。mRNA能够参与许多细胞的级联反应，并与多种疾病的发生发展关系密切。开发可靠灵敏的mRNA传感及成像方法对于生物医学研究、疾病的早期临床诊断至关重要。熵驱动的链置换反应是一种低成本、高效率的核酸等温扩增方法。该技术不依赖聚合酶或核酸酶的催化作用，在目标物的引发下自动触发杂交反应与链置换反应，不仅可以作为DNA逻辑运算的反应手段之一，也为生物分子检测的多重循环信号放大提供了有力的工具。

近期，苏州医工所缪鹏课题组发展了一种在三维DNA四面体界面反应的熵驱动链置换体系，进一步基于荧光探针和MnO2转运载体构建了一种新型的无酶荧光生物传感器，实现目标mRNA的高灵敏检测与细胞内成像（图1）。

图1 基于熵驱动链置换策略的高灵敏mRNA检测示意图

构造的DNA四面体顶点处延伸有四条单链区域，提供了多个链置换位点；设计了另外三条单链DNA组装双链结构，用于初始荧光信号的淬灭及目标mRNA的识别。当发生特异性结合时，从双链立足点区域起始级联链置换反应，并逐步围绕DNA四面体的悬垂单链形成完整的互补双链，置换的mRNA用于目标循环。最终得到的三维DNA纳米结构能够显著地恢复荧光发射，用于指示目标mRNA的细胞内水平。该传感器的可行性分别通过荧光与电化学技术得到了验证（图2）。

图2 熵驱动链置换反应的荧光和电化学表征

为了获得最佳的分析性能，研究人员对一些关键参数进行优化后，实现了亚飞摩尔量级的灵敏度。本工作中发展的荧光生物传感器灵敏度高、特异性好，具有广阔的应用潜力。

相关结果以“Entropy-Driven Strand Displacements Around DNA Tetrahedron for Sensitive Detection and Intracellular Imaging of mRNA”为题发表在Small Structures (IF = 15.9)。论文第一作者为博士研究生朱金文，通讯作者为缪鹏研究员。

论文链接：
https://doi.org/10.1002/sstr.202300420

审核编辑：刘清