细胞间的相互作用对细胞的功能和命运至关重要。通过细胞表面工程操控细胞间相互作用进而调控细胞行为和功能是近年来生命科学领域的研究热点。基于DNA分子可程序化设计、功能多样等优势，利用两亲性DNA分子对细胞表面进行功能化修饰可以实现细胞间相互作用的调控。然而，由于细胞膜表面环境复杂，锚定在膜表面的DNA纳米结构存在稳定性不足、易被细胞内化等问题，亟需发展一种稳定性好、具有功能拓展性的DNA纳米结构用于灵活调控细胞间的相互作用。
近日，湖南大学谭蔚泓院士团队刘巧玲课题组采用简单的DNA纳米结构作为结构单元，利用DNA分子自组装技术，设计可调控的多层DNA网络结构用于操控细胞间的识别和物质交换。
该课题组研究人员以经典的DNA纳米三棱柱（TP）和DNA纳米分支聚合物（BP）为基本结构单元，通过对纳米三棱柱的臂链以及纳米分支聚合物的侧链序列进行合理设计，在膜表面构筑TP-BP多层网络结构（TP-BP-Net）。通过改变纳米三棱柱和纳米分支聚合物之间互补链的碱基序列即可调控多层DNA网络结构的组装方式，进而获得丰富多样的多层TP-BP网络结构。这种DNA网络结构在细胞膜表面具有很好的稳定性并且克服了被细胞内化的问题。对于不同类型的细胞，这种DNA网络结构均可以稳定地锚定在膜表面，具有很好的普适性。由于修饰条件温和，膜表面修饰DNA网络结构的细胞保持良好的活性。
基于DNA分子可设计的优势，结合核酸适体特异识别的性能，研究人员利用这种多层DNA网络结构操纵细胞间多种形式的相互作用。通过在细胞表面修饰不同类型的多层TP-BP-Net，实现细胞间特异性识别和结合的人为调控，以及刺激-响应的细胞识别模式和细胞之间的可逆组装/解组装。此外，这种多层TP-BP-Net还可以有效屏蔽膜表面的天然识别分子与其靶标之间的识别和结合。在此基础上，研究人员利用多层DNA网络结构操控细胞之间的物质传输，显示这种多层DNA网络结构的独特优势和潜在的功能拓展性。
综上所述，该工作构建了可灵活设计的多层DNA网络结构用于调控细胞间相互作用，实现多样化的细胞间识别和结合。这种DNA网络结构为操纵多种形式的细胞间相互作用提供了一种可靠且通用的DNA纳米平台，可望用于定制式细胞表面工程进而拓展其在合成生物学和生物医学等领域中的应用范围。
这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是湖南大学博士研究生郭振振。
Manipulation of Multiple Cell-Cell Interactions by Tunable DNA Scaffold Networks
Zhenzhen Guo, Lili Zhang, Qiuxia Yang, Ruizi Peng, Xi Yuan, Liujun Xu, Zhimin Wang, Fengming Chen, Huidong Huang, Qiaoling Liu, Weihong Tan
Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202111151
导师介绍
谭蔚泓
http://www.x-mol.com/university/faculty/10092
刘巧玲
http://www.x-mol.com/university/faculty/48499
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