基于核酸构象调控的生物电路
文献类型：学位论文
| 作者 | 焦凯 |
| 答辩日期 | 2021 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) |
| 导师 | 樊春海 |
| 关键词 | 构象调控 转录开关 球形核酸 微小RNA 纳米金 |
| 英文摘要 | 生物体内遗传信息的传递遵循中心法则,由DNA转录为RNA最终翻译为蛋白质,从而支撑生物体的整个生命活动,同时,遗传信息的异常传递也会造成多种疾病。生物体内遗传信息的传递由多种生物分子的相互作用调控,例如,负载遗传信息的基因组核酸序列可经由蛋白质凝缩为染色质,而染色质在相关蛋白的调控下产生拓扑重构,从而调控对应基因的转录活性;一些非编码RNA,如miRNA,可以以RNA诱导沉默复合体(RISC)的形式在转录后水平上抑制mRNA的翻译活性。基于对天然遗传信息调控机制的理解,工程化组装生物分子构建的人工生物电路近年来发展的如火如荼,其在生物制造、计算及治疗中有广泛应用。然而,现有的人工生物电路体系中缺少功能精确可控的通用模块。DNA作为遗传信息的载体同时也是DNA纳米结构的构成基础。严格的碱基互补配对原则使得DNA纳米结构具有精确的可编程能力和响应性的构象转换能力。因此,可将DNA的功能性和结构性结合在一起,利用可精确调控构象的核酸自组装结构开发通用模块,实现对人工生物电路的精确调控。本文将主要介绍两种利用DNA纳米结构构建的通用模块:基于DNA构象调控的基因转录开关;及基于DNA构象调控的微小RNA捕获与肿瘤抑制。具体内容如下:(1)将包含T7启动子序列和Spinach编码序列的线性DNA与其他抑制链自组装为TO-DNA,并通过输入链序列特异性的调控其转录活性。TO-DNA的转录活性高度依赖于T7启动子的拓扑结构(完整平直的双链结构),因此,通过输入钥匙链调整TO-DNA上T7启动子的拓扑结构,进而实现对其转录活性的序列特异性调控。同时,基于该转录开关我们实现了布尔逻辑门运算、多个TO-DNA间的次序性级联调控及基于同一TO-DNA同一种启动子的多基因正交性调控。最后,我们利用TO-DNA实现了活细菌中的生物计算。总之,TO-DNA的成功构建为形状特异性基因载体的开发提供了一种可能,同时也丰富了合成生物学的工作元件,有望在生物制造、智能诊疗中有更广泛的应用。(2)利用含polyA序列和anti-miRNA序列的二嵌段DNA与纳米金球自组装构建了具有polyA长度编程的侧向间隔的球型核酸(polyA-SNA)。我们发现polyA的长度可以程序性调控polyA-SNAs表面anti-miRNA链间的侧向间隔。侧向间隔的大小会影响polyA-SNA与靶标结合时的位阻,进而影响其捕获效率。PolyA-SNA侧向间隔的可调性可支持其优化出相较于传统密修饰SNA更有利于靶标捕获的构象,同时又保证拥有与传统SNA相当的高效细胞摄取。随后我们验证了polyA-SNAs在细胞内对原癌miRNA的捕获及抗癌基因表达的拯救,基于此我们实现了对小鼠皮下瘤的生长抑制。综上所述,我们利用DNA纳米结构的构象可编程性及其信息负载能力,构建了基于核酸纳米结构构象调控的精确人工生物电路元件。提出了外源功能性核酸构象设计的新方法,同时也为合成生物学提供新的工作元件。 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/33890]  |
| 专题 | 中科院上海应用物理研究所2021-2022年 |
| 作者单位 | 1.中国科学院上海应用物理研究所 2.中国科学院大学; |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 焦凯. 基于核酸构象调控的生物电路[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所). 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：上海应用物理研究所
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