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文章背景简介  

BACKGROUND INTRODUCTION

细胞内的遗传信息通过多酶DNA修复机制（如碱基切除、核苷酸切除修复或O6－甲基鸟嘌呤－DNA－甲基转移酶AGTs的直接损伤逆转）得到保护，免受DNA损伤。AGTs是一类进化上保守的生物催化剂，能够在单个SN2样反应机制中直接不可逆地去除DNA上鸟嘌呤O6位的烷基。事实上，这些酶是细胞内发挥与形成DNA加合物的烷化剂作用相反（即去烷化）的主要因素。此外，人甲基转移酶（hMGMT）的活性也会影响烷化剂的抗癌化疗作用，因此，通常将不同的hMGMT灭活剂或抑制剂与烷化剂的化疗联合使用，以提高化疗效果。

AGTs在临床中的应用，也需要能够可靠、快速测量其活性的检测方法。到目前为止，大多数测定方法都是基于携带放射性O6－甲基鸟嘌呤（O6－MeG）基团的寡核苷酸的色谱分离。然而，这些都很耗时、繁琐且不安全。最近，一些研究开发了可简单快速检测hMGMT活性的替代荧光检测法。例如，Kool和他的同事设计了一种化学传感器，可以将荧光变化与修复活动中发生的键断裂步骤相结合。此外，还有研究提出了利用光学标记的DNA适体、基于DNA的电化学传感器或含O6－Meg的双链DNA （dsDNA）寡核苷酸与荧光底物竞争等其他方法。虽然这些方法易于使用、灵敏度高，但仍然迫切需要找到基于活性的DNA修复酶监测新方法，所分析的DNA修复酶要具有足够的通用性，以适用于广泛的修复活性。

近年来，DNA纳米开关作为一类新型的可编程探针应运而生，它可以灵敏、快速地检测多种分子靶标。DNA纳米开关通常能够被诱导发生构象变化，在存在特定输入的情况下可提供可测量的输出。目前，人们已经开发了许多使用DNA纳米开关的策略，来检测不同的目标，例如pH值、金属离子、小分子、蛋白质或特异性抗体等。至关重要的是，因为它们的信号与通过和靶识别所诱导的DNA探针的物理性质的改变有关，所以这种构象转换传感器通常具有高度特异性和选择性的。

为此，意大利罗马第二大学 （University of Rome Tor Vergata）Nada Farag等人研究了一类新型DNA纳米开关，命名为“折叠式修复DNA纳米开关”，可用于监测DNA修复活动。他们设计了一种含有O6－MeG的荧光标记DNA纳米开关，该开关在酶修复后会发生与输出信号变化相关的构象变化。这一研究于2021年1月发表在了《Angewandte chemie international》（化学一区 IF＝15．336）上，题为“Folding－upon－Repair DNA Nanoswitches for Monitoring the Activity of DNA Repair Enzymes”。原则上，这种方法允许直接测量任何甲基转移酶的活性，从而为开发一种高通量测定甲基转移酶抑制剂的简便方法开辟了可能性。

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文章主要内容摘要

ABSTRACT

此文提出了一种新的基于DNA的纳米开关，在进行酶修复后，它可能会经历构象变化机制，从而导致荧光信号发生变化。此类折叠后修复的DNA纳米开关是包含O6－甲基鸟嘌呤（O6－ MeG）核碱基的合成DNA序列，并标记有荧光团／猝灭剂光学对。这一理性设计的新型纳米开关，只有在O6‐MeG碱基酶解去甲基化后，才能形成稳定的分子内Hoogsteen相互作用，并折叠成光学活性的三链DNA结构。研究人员首先通过荧光实验和分子动力学模拟表征了由酶修复活性诱导的折叠机制。然后，研究人员证明了折叠后修复的DNA纳米开关适用于不同甲基转移酶（包括人类同源物hMGMT）的特定底物，并且可以筛选出新型的潜在甲基转移酶抑制剂。

       原文标题 : 一种可高效监测DNA修复酶活性的新型荧光标记纳米开关