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核酸是生命活動(dòng)中的最重要的動(dòng)態(tài)生物分子之一?？刂坪怂岬慕Y(jié)構(gòu)和活性可以極大地?cái)U(kuò)展了其在治療，生物傳感，納米技術(shù)和生物計(jì)算中方面的應(yīng)用潛力。目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)了基于小分子與光激活的方法來(lái)激活核酸的性能來(lái)對(duì)其結(jié)構(gòu)和功能的外部控制，這些方法都能一定程度地控制核酸的活性。但是目前存在的方法僅僅適用于天然核酸，并且通常與聚合酶產(chǎn)生的序列不相容。同時(shí)，對(duì)核酸的熱觸發(fā)控制仍未開(kāi)發(fā)，在響應(yīng)性核酸技術(shù)中留下了重大空白。
乙二醛是一種在分子生物學(xué)中常用的化學(xué)變性劑，它與多個(gè)核堿基的沃森-克里克表面共價(jià)結(jié)合。同時(shí)乙二醛在高溫和弱堿性條件下容易脫保護(hù)。因此，使用乙二醛作為核酸籠蔽劑能夠逆轉(zhuǎn)加合物的形成和恢復(fù)堿基配對(duì)的能力。基于此，本文作者開(kāi)發(fā)了一種基于乙二醛與堿基的熱可逆相互作用，可控地控制多種核酸支架結(jié)構(gòu)與活性的方法。
首先，作者在模型DNA鏈上驗(yàn)證了乙二醛能夠籠蔽住DNA上的堿基，能夠破壞核酸的結(jié)構(gòu)和功能。同時(shí)，作者通過(guò)調(diào)節(jié)pH，溫度和孵育時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了在最佳條件下可以實(shí)現(xiàn)乙二醛的脫籠。緊接著，作者也證明了乙二醛可以影響小分子與適體相互作用以及DNA酶活性的完全抑制。
在該方法成功地應(yīng)用于天然DNA和RNA的骨架后，作者接下來(lái)將該方法應(yīng)用于非規(guī)范性異種核酸支架——蘇糖核酸（TNA）和肽核酸（PNA）。與DNA或RNA相比，TNA由重復(fù)連接2'至3'磷酸二酯鍵的蘇糖組成，而PNA由氨基乙基甘氨酸單元形成“肽”。由于它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)，TNA和PNA都對(duì)核酸酶具有抵抗力。作者評(píng)估了乙二醛的籠蔽對(duì)TNA與DNA互補(bǔ)的堿基之間的干擾，利用微尺度熱泳（MST）來(lái)測(cè)量雙鏈體的形成，發(fā)現(xiàn)乙二醛的籠蔽可以完全抑制雙鏈體的形成，而從TNA中去除乙二醛加合物，可以觀察雙鏈體形成的完全恢復(fù)。同時(shí)，乙二醛的籠蔽還可以可逆地破壞酶與核酸的相互作用，作者證明了sgRNA的籠蔽可以實(shí)現(xiàn)對(duì)CRISPR-Cas9活性的可調(diào)可逆的控制。
最后，作者將乙二醛的籠蔽應(yīng)用于提高PCR的特異性中。盡管PCR具有很高的靈敏度和效率，在使用過(guò)程中也容易引起脫靶DNA產(chǎn)物的非特異性擴(kuò)增。這些問(wèn)題中的許多是由于包括引物二聚體的形成和DNA模板內(nèi)的非特異性退火的原因造成的，這主要發(fā)生在早期PCR循環(huán)中的低溫步驟中。作者發(fā)現(xiàn)乙二醛的籠蔽可以有效破壞核酸雜交，并且在加熱條件下可完全逆轉(zhuǎn)，從而防止脫靶引物相互作用并提高總體擴(kuò)增特異性，有望用于基于高精度PCR的診斷。
總之，這項(xiàng)研究通過(guò)提供一種簡(jiǎn)單有效的方法來(lái)對(duì)化學(xué)合成和酶促產(chǎn)生的核酸進(jìn)行熱響應(yīng)控制，從而解決了核酸技術(shù)中的一個(gè)重大空白。此外，乙二醛籠蔽幾乎可應(yīng)用于任何核酸支架，提供了核酸活性控制的通用方法。