Small Methods: 利用微流控实现肽核酸互补配对共组装形成晶体结构

在生物纳米技术领域,用于自组装的模块通常是两大类物质——氨基酸和核酸碱基。对于蛋白质和多肽,通过形成多种非共价相互作用,不同的分子识别能够组装成功能多样的复杂结构,具有广泛的用途。但是对于核酸,由于特异性的碱基互补配对,能够实现对其自组装过程的合理设计和结构的精确控制。人工合成肽核酸(PNA)是一种短链的DNA模拟物,具有类多肽的骨架,能在保留核酸特定碱基对的同时呈现出独特的性质。

共组装是将多个模块同化为单一模块的方法,能显着增加组装结构的化学多样性和空间构象。但是由于缺乏对所得结构或相互作用的预测,多肽共组装时通常依赖试错的方法。而PNA因为互补杂交的性质,可以为互补配对分子的共组装提供新的思路。

近日,以色列特拉维夫大学的Gazit教授利用两种互补的PNA分子——GG和CC,研究发现当两者同时存在于溶液中时,通过特定的碱基互补配对相互作用共组装,会形成有序的结晶长方体。X射线衍射结果表明晶体结构中相对堆叠之间的间隔和相互作用与天然DNA双螺旋结构中观察到的尺寸相似。同时他们利用微流体技术,实现了对单个晶体生长的监测,通过精确控制流速以及样品的体积,能够对晶体大小进行调控。此外,这些超分子晶体显示出独特的光学性质:红边激发位移(REES)——由于增加激发波长而使发射峰向电磁波谱的红色边缘移动。这项研究可以作为进一步评价超分子组装形成独特光学性质的基础,并且可以扩展多样性的结构和物理性质,从而促进其用于各种应用。

这一成果近期以“Coassembly of Complementary Peptide Nucleic Acid into Crystalline Structures by Microfluidics”为题发表在Small Methods上(DOI:10.1002/smtd.201900179)。该工作是Gazit教授团队在肽核酸自组装研究基础上的延伸,他们在前期的研究中合成了16种互补的PNA组合,研究了他们通过堆积相互作用和碱基互补配对形成的自组装行为,同时研究了组装体的光学性质(Nat. Nanotechnol. 2015, 10, 353)。

撰稿人:王仪萱

单位:中国科学院理化技术研究所 中国科学院仿生材料与界面科学重点实验室