双功能DNA分子用于多标志物的可分辨同时检测

来源：X一MOL资讯

疾病多标志物（如DNA、RNA、蛋白质、酶或小分子等）的快速、灵敏及同时定量检测对重大疾病早期诊治、临床医学、人类健康等具有重要的现实意义。而设计具有特异性识别功能的信号分子元件、并同时进行选择性信号读出或转换却是极大的挑战。

近日，西南大学发光与实时分析化学教育部重点实验室电分析化学实验室许文菊和袁若团队以常见癌症（如乳腺癌、肺癌、卵巢癌、结肠癌、胰腺癌等）密切相关的miRNA 21和粘蛋白MUC1为研究模型，首次报道了以可编程的双功能DNA镊子（DFDT）为信号分子识别元件，建立了在单一DNA分子内的双目标物可分辨同时荧光定量分析方法。所设计的双功能DNA镊子不仅具有与目标物对应的可分辨的识别位点，还能在特异性结合发生时引起荧光信号的显著改变，而实现同时的信号放大输出，继而建立了一步式、低成本、高灵敏的同时检测miRNA和蛋白质的荧光定量分析方法。

图1. 可编程的“W-type”DNA镊子为信号元件可分辨同时检测miRNA 21（Cy3）和 MUC1 （Cy5）的示意图。（A）目标物miRNA 21和MUC1分别与其互补和适体序列结合，分别转换为两条单链DNA F1和F2的依赖性输出。（B）单链DNA C1, C2和A的灰色区序列互补，杂交后组装形成打开状态的双功能DNA镊子，其结构中含3条刚性双链（12个碱基对）；C1和A的未配对序列（蓝色）及C2和A未配对序列（红色）能分别与上述释放的F1和F2杂交，引起DNA镊子转换为关闭状态，荧光基团Cy3和Cy5靠近Au NPs而产生协同的荧光信号猝灭，实现miRNA 21和MUC1的可分辨同时荧光定量。

在该分析检测体系中，信号分子元件双功能DNA镊子的设计简单、独特、精细，具有“打开”状态的“W”型结构，由三条序列特异性的单链DNA组成。两条中心链（C1和C2）均用Au NP标记；一条臂链（A）的两端分别标记荧光基团Cy3和Cy5。其结构中含有2对未配对的序列区，能分别与两条DNA单链F1和F2（与目标物miRNA 21和MUC1分别对应）杂交，DNA镊子由“打开”转换为“关闭”；荧光基团Cy3和Cy5靠近Au NPs，引起协同的荧光猝灭。与荧光共振能量转移机制相比，这种纳米金属表面能量转移能确保在更长的距离范围实现有效的能量吸收。

此外，由于目标物miRNA 21和MUC1的识别和转换在磁性Au@Fe3O4基底上完成，互补杂交和特异性适体结合对应释放出F1和F2；经磁性分离，F1和F2进而引起DNA镊子的“关闭”，背景响应信号能得到有效降低。通过这一分析路径，实现了在同一DNA分子内miRNA 21和MUC1的高灵敏、可分辨同时荧光定量，用于人癌细胞裂解液中miRNA 21和MUC1的含量分析，均呈现了高表达，体现了方法的初步适用性。可以预见，该研究思路还具有良好的通用性，通过改变目标物识别单元或结合位点，有望进一步应用于其他疾病标志物如DNA、酶以及小分子的同时定量检测。

图2. 双功能DNA镊子对miRNA 21和MUC1的荧光线性响应（A）及线性校准曲线（B和C）。

这一研究成果近期发表在Analytical Chemistry 上，文章的第一作者是西南大学硕士研究生杨文婷，通讯作者为西南大学许文菊教授和袁若教授。该研究工作得到了国家自然科学基金和重庆市自然科学基金的支持。