近日，國家納米科學中心丁寶全研究員和劉建兵副研究員(第十一批會員)團隊，在構(gòu)建基因編碼的DNA折紙用于基因治療方面取得重要進展。 作為遺傳信息的載體，核酸分子已經(jīng)被成功發(fā)展為基因治療藥物�；趬A基互補配對原則，核酸不僅可以編碼功能基因，同時還可以精確自組裝形成具有特定尺寸和形貌的納米結(jié)構(gòu)。核酸納米結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)可設(shè)計性和生物相容性，已被廣泛應用于藥物遞送等生物醫(yī)藥研發(fā)領(lǐng)域。其中，DNA折紙結(jié)構(gòu)是通過長序列DNA腳手架鏈和多條序列不同的DNA訂書釘鏈精確自組裝而成。然而，DNA折紙結(jié)構(gòu)中的長序列DNA腳手架鏈通常采用固定序列，并與訂書釘鏈組裝形成多位點的長雙鏈，沒有被直接賦予編碼功能蛋白的能力。利用基因編碼的DNA腳手架序列構(gòu)建成DNA折紙結(jié)構(gòu)用于高效的組織靶向和跨膜表達，將有望為基因治療開辟新的道路。 前期工作中，國家納米科學中心丁寶全研究員團隊在基于核酸化學修飾與可控自組裝的基因治療領(lǐng)域已獲得一系列進展（J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 6575; Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 1853; J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 19032; Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 15486）。聚焦這一研究領(lǐng)域，該團隊前期利用精確組裝的化學修飾型核酸結(jié)構(gòu)可控裝載基因治療藥物，最終實現(xiàn)了在活體水平上的精準基因治療，為開發(fā)新穎的疾病治療模式提供了新策略。在實現(xiàn)對短序列基因治療藥物自身的化學修飾和可控自組裝之后，如何進一步獲得長序列功能基因的自組裝結(jié)構(gòu)并用于活體精準基因治療研究就尤為重要。 在前期研究的基礎(chǔ)上，該團隊在構(gòu)建長序列抑癌基因編碼的DNA折紙用于基因治療方面取得重要進展。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，功能基因中兩條互補的核酸單鏈（S-ssDNA和AS-ssDNA）可以直接被相應的訂書釘鏈折疊形成DNA折紙單體結(jié)構(gòu)（S-DO和AS-DO），最終經(jīng)二者共組裝可以構(gòu)建出基因編碼的DNA折紙（G-DO）。通過在抑癌基因p53編碼的DNA折紙結(jié)構(gòu)的表面定點修飾上脂質(zhì)分子，實現(xiàn)高效原位的脂質(zhì)生長，形成自身可以靶向遞送的基因編碼的DNA折紙（Gp53-DO@lipid-FA）。該類功能化DNA折紙結(jié)構(gòu)在表面極低比例的脂質(zhì)分子的輔助下內(nèi)化進入細胞后，能夠被高效轉(zhuǎn)錄形成靶標mRNA，并顯著上調(diào)活體p53蛋白的表達水平，最終成功抑制腫瘤的生長。該研究基于基因編碼的DNA折紙和原位脂質(zhì)生長策略，極大地降低了脂質(zhì)的濃度，提高了對脂質(zhì)分子的利用效率，從而顯著增強了載體的安全性。這種方法所折疊遞送的基因不會像病毒載體那樣有基因長度的限制，同時由于有DNA折紙模板的存在，脂質(zhì)組分可以有更多的選擇，而不受限于傳統(tǒng)脂質(zhì)體的組分和濃度配方，為活體精準基因治療提供新的研究思路。 
圖：構(gòu)建基因編碼和原位脂質(zhì)生長的DNA折紙實現(xiàn)活體水平的精準基因治療 上述研究成果于2023年4月18日以“Genetically Encoded DNA Origami for Gene Therapy In Vivo”為題發(fā)表在《美國化學會志》J. Am. Chem. Soc.上（DOI: 10.1021/jacs.3c02756）。博士生武曉慧、楊昌平和特別研究助理王洪為本文的共同第一作者，國家納米科學中心劉建兵副研究員和丁寶全研究員為共同通訊作者。該研究得到了科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、中科院青年創(chuàng)新促進會等項目的支持。上述研究的核心技術(shù)已經(jīng)申請中國發(fā)明專利。 文章鏈接
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