基于多肽纳米粒子负载的DNA分子器件监测癌变细胞内microRNA的异常表达

MicroRNAs are endogenously non-protein-coding RNA, with about 22 nucleotides, have emerged as crucial regulator of genes experession. Deregulation of specific microRNA has been demonstrated to cause cardiovascular diseases, neurological disorders, and cancer. Thus, microRNA is vital biomarker for cancer diagnosis and therapy. We propose to develop highly sensitive biosensor for monitoring intracellular miRNA by designing versatile peptide vector in probe delivery and ingenious reaction network. Firstly, this new peptide vector possesses its own features in probe delivery, such as : good biocompatibility, high loading capacity, and good targeting property. Secondly, the release of signal is synchronized with the running of DNA-fuelled molecular machine, which is triggered by the miRNA in cancer cells. Finally, we expected the new strategy could be applied to sensing the dysregulation of miRNA in various types of cancer cells.

MicroRNA（miRNA）是内生的非编码RNA，能够有效的调控基因的表达，一般长约22个核苷酸分子。很多的研究已经表明特殊类型的miRNA的异常表达会导致人类心血管疾病，神经发育的失常，甚至癌症的出现。因此，miRNA已经成为癌症诊断以及治疗过程中的重要指标。我们在此拟开发一种新型的检测策略用来监测癌变细胞内miRNA分子的异常表达。该检测策略性能的提升依赖于设计多功能化的多肽类载体以及DNA探针反应网络：1、我们拟构建一种特殊的多肽载体，使其具有良好的生物相容性，高负载能力，以及良好的生物靶向性；2、癌变细胞内异常表达的miRNA分子会促发具有信号扩增效果的DNA分子机器的运转实现信号分子的释放。最后，我们希望该新型的技术能够有效的检测多种癌变细胞内miRNA的异常表达行为。

在本项目中，我们首先发展了一种由双链燃料链催化的DNA探针可以有效地监测肿瘤细胞和肿瘤组织中microRNA的表达。我们通过优化双链燃料链的序列，成功设计了一种新型的DNA检测探针，该探针在很大程度上降低了传统燃料链在检测中出现荧光泄露的问题。我们把这种含有双链燃料链的探针导入肿瘤细胞以后，肿瘤细胞中预先含有的microRNA分子会触发级联反应，诱导荧光信号的出现，进而实现了成功癌细胞甚至肿瘤组织的实时成像。.其次，我们构建了一种带有可调节荧光共振能量转移（FRET）信号的DNA光子纳米线。相比于直接的杂交反应而言，这种新的设计可以在20分钟内有效检测到2 nM的目标链，并且在蓝光激发下有明显的颜色变化。此外我们还根据活细胞检测对该设计进行了改装。改装后的DNA光子纳米线可以在活细胞中实现对microRNA分子的检测。.最后，我们利用DNA发卡的可控自组装成功的构建了一系列催化以及非催化化学基元反应。我们可以通过控制多种引发链的输入达到输出不同产出链的目的。而且，我们发现基元反应的动力学行为跟粘性末端的长度息息相关，基于此我们成功的构建了一个响应性的DNA浓度控制器。