[發(fā)明專利]鏈間交換由支架DNA達(dá)成的核酸結(jié)構(gòu)及其合成方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610063979.6
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105602949A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳瑞鵬;開明軒;崔妍;弭永利;魏迪明
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué);清華大學(xué)
• 主分類號: C12N15/11
• 分類號: C12N15/11;C12N15/10
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 楊元焱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及DNA納米技術(shù)領(lǐng)域的核酸結(jié)構(gòu)及其合成方法。更具體地講，涉及利用支 架DNA達(dá)成的鏈交換合成納米級別可控大小、形狀、復(fù)雜度的二維和三維核酸結(jié)構(gòu)的方法和 核酸結(jié)構(gòu)本身。基于所得結(jié)構(gòu)中每條短鏈DNA的可尋址性，可以獲得具有特定孔穴和修飾的 核酸結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

上世紀(jì)八十年代，Seeman首次提出利用DNA堿基互補(bǔ)配對的原則可將DNA組裝成復(fù) 雜的空間結(jié)構(gòu)，開創(chuàng)了利用DNA作為納米級構(gòu)筑材料而非遺傳信息載體的新領(lǐng)域，并將其命 名為DNA納米技術(shù)。隨后，研究人員通過構(gòu)造不同基元模塊，如DX(double-crossover)、TX (triple-crossover)模塊、、十字模塊和對稱模塊，并用模塊組裝得到各式各樣的圖形結(jié)構(gòu) (二維陣列，方形網(wǎng)格等)，但模塊法組裝是借助于小結(jié)構(gòu)單元的堿基互補(bǔ)配對連接成較大 的圖形結(jié)構(gòu)，其尺寸和形狀難以精確控制。

2006年，Rothemund提出了一個(gè)全新的名詞：“DNA折紙術(shù)”(DNAorigami)。他將一 條基因組DNA長鏈(M13mp18)與數(shù)百條短鏈DNA混合，通過在特定位置的堿基互補(bǔ)配對進(jìn)行 折疊連接，得到了三角形、五角星、笑臉等宛如折紙作品一般令人驚嘆的復(fù)雜二維結(jié)構(gòu)，比 通過模塊DNA自組裝方法得到的結(jié)構(gòu)更為精密，堪稱DNA納米技術(shù)一次里程碑式的突破。

其后，基于DNA折紙術(shù)的成果層出不窮。2007年，Williamshih等人將M13mp18支架 折疊成六旋轉(zhuǎn)納米管，首次用DNA構(gòu)造出三維結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了由二維圖形到三維結(jié)構(gòu)的突破。 2009年，他們在納米管的基礎(chǔ)上提出蜂窩褶狀模型，依次構(gòu)建了橋式、瓶頸等多個(gè)單體和組 合結(jié)構(gòu)。在隨后研究中，他們又通過在每個(gè)單元內(nèi)增刪堿基，實(shí)現(xiàn)了圖形整體扭曲或彎折角 度的精確控制，將三維DNA折紙術(shù)推向了一個(gè)新的高度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的，就是為了提供一種鏈間交換由支架DNA達(dá)成的核酸結(jié)構(gòu)及其制備 方法和用途。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種鏈間交換由支架DNA達(dá)成的核 酸結(jié)構(gòu)，是通過支架DNA達(dá)成鏈間交換形成的具有可控大小和形狀的二維或三維核酸結(jié)構(gòu)， 該核酸結(jié)構(gòu)包括一組平行的雙螺旋和一段單鏈DNA，所述雙螺旋由支架DNA通過折疊、鏈間 交換與多條短鏈DNA進(jìn)行特異性匹配，經(jīng)由退火反應(yīng)形成，單鏈DNA為支架DNA中未形成雙螺 旋的部分。

所述支架DNA包括M13mp18或其他指定序列的單鏈DNA；M13mp18為m13噬菌體基因 組DNA中一個(gè)環(huán)狀單鏈DNA分子，共含有7249個(gè)核苷酸，其序列如SEQIDNO1所示。

所述的鏈間交換指的是支架DNA在相鄰雙螺旋相同位置的一對鏈交換位點(diǎn)處進(jìn)行 連接的行為。即在核酸結(jié)構(gòu)每行雙螺旋間隔一定距離處設(shè)置多個(gè)鏈交換位點(diǎn)對，支架DNA的 折疊路徑經(jīng)由每一行雙螺旋的鏈交換位點(diǎn)處進(jìn)入相鄰雙螺旋相同位置的鏈交換位點(diǎn)，每行 雙螺旋的鏈交換位點(diǎn)為2至500對，對同一行雙螺旋，每個(gè)鏈交換位點(diǎn)對間的距離(鏈交換周 期)為4至416個(gè)核苷酸。通過鏈間交換將結(jié)構(gòu)中相鄰位置的雙螺旋彼此連接起來，所有的鏈 間交換均通過支架DNA達(dá)成。

所述核酸結(jié)構(gòu)為二維核酸結(jié)構(gòu)，該二維核酸結(jié)構(gòu)包含2至200行雙螺旋，一段長單 鏈DNA和20至1000條至少部分與支架DNA匹配的短鏈DNA；每行雙螺旋包含60至6000個(gè)核苷 酸，鏈交換周期為4至416；短鏈DNA在核酸結(jié)構(gòu)中與支架DNA的匹配遵循堿基互補(bǔ)配對原則， 每條短鏈DNA的長度對同一結(jié)構(gòu)可以相等且均小于400個(gè)核苷酸。對于單個(gè)核酸結(jié)構(gòu)，其包 含的每條短鏈DNA是獨(dú)特的，僅在結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)一次；對于不同的核酸結(jié)構(gòu)，短鏈DNA可以相 同。