G-四链体核酸的生物学功能

G-四链体是由富含鸟嘌呤的DNA或RNA折叠形成的高级结构。可形成G-四链体的序列在人基因组中广泛分布,涉及DNA复制、端粒维持、基因表达与调控以及遗传不稳定性等过程。研究发现有些化学合成的G-四链体序列也具有生物活性,如核仁素的核酸适体AS1411具有抑制恶性肿瘤增殖活性。G-四链体的生物学功能研究对于恶性疾病的发病机理和靶向治疗,以及设计开发核酸类抗癌药物有重要意义。     

G-四链体结构的检测、功能及调控

G-四链体结构是近年来发现的特殊核酸二级结构,它在体内极易形成,分布十分广泛并且具有重要的生物学功能。研究者们已经在体外检测到G-四链体的存在并解析出其晶体结构,各种检测该结构的方法如特异性荧光探针、抗体等也不断被发现或合成。G-四链体不仅广泛分布于端粒、启动子区、外显子等具有重要功能的基因区域,在5'非编码区(5'UTR)、内含子区、3'非编码区(3'UTR)等也有广泛存在。相应区域的G-四链体参与到端粒延长、DNA复制、转录、减数分裂、基因重组等重要的生命过程,发挥抗肿瘤、抗病毒、抑制血管新生等作用。目前基于G-四链体结构的抗肿瘤药物已经进入临床试验阶段并取得了良好的疗效。G-四链体结构的内源性调节包括多种内源性蛋白以及碱基的甲基化等,维持其含量与结构的平衡状态。此外,外源性小分子也可对体内G-四链体的平衡状态发挥调节作用。本文将从化学、生物和医学的角度对G-四链体结构的检测方法及其特殊功能和调控进行系统的论述和展望。     

G-四链体与配体相互作用的研究方法进展

核酸的G-四链体结构在原核生物和真核生物的基因组中广泛存在,并参与基因复制和重组、端粒延伸、基因表达调控等多种重要的生物学过程.G-四链体与配体如Telomestatin、TMPy P4、BRACO-19、RHPS4等的相互作用研究有助于阐明其生物学功能.G-四链体与配体分子间的相互作用研究应用多种分析方法,如硫酸二甲酯印迹、凝胶迁移、聚合酶终止实验等生物化学法,而现代分析技术包含圆二色谱、荧光光谱、荧光共振能量转移、核磁共振、X-射线晶体衍射等光谱法,以及表面等离子体共振、电喷雾质谱和毛细管电泳法等.本文综述了可与G-四链体结合的配体以及G-四链体与配体相互作用的研究方法,并对各种方法进行了比较.     

哺乳动物细胞DNA高级结构G-四链体检测方法的建立

G-四链体(G-quadruplex,G4)结构是由富含鸟嘌呤(G)的寡核苷酸折叠堆积形成的四链螺旋结构,在维持基因组稳定性和调控基因表达上有重要意义。然而,目前细胞内检测G-四链体方法有限,该文利用G-四链体特异性抗体(BG4)对经细胞质抽提和RNase处理的贴壁培养细胞基因组G-四链体进行免疫荧光–荧光原位杂交检测,直接观察DNA高级结构G-四链体,实现了细胞水平G-四链体的可视化,这将有助于今后更准确、直观地在细胞水平研究DNA G-四链体,明确G-四链体与小分子配体相互作用,巩固G-四链体在遗传学、表观遗传学和病理学等领域研究中的地位。     

不同G的四链体结构对DNAzyme活性的影响

富含鸟嘌呤的DNA序列在金属离子（通常是钠、钾离子）存在的条件下,可以形成稳定的G-四链体（G-quadruplex）。该G 四链体能够结合hemin（氯高铁血红素）形成具有过氧化物酶的活性的G四链体-hemin复合物DNAzyme。将这一原理联合滚环扩增技术可以对核酸进行可视化的检测。本研究旨在探索G-四链体-hemin复合物中,G-四链体结构以及两个G-四链体之间的链接长度与DNAzyme过氧化物酶活性之间的关系。实验分别选取了平行、反平行和混合结构的G-四链体,通过热差异光谱、紫外光谱、圆二色光谱对结构进行分析,不断加长链接序列并测定3种结构形成的DNAzyme活性,发现正平行结构的G-四链体具有更高的DNAzyme活性和更明显的可视化效果。综上所述,平行G-四链体结构可以用来满足裸眼可视化检测的需求,为无需复杂仪器的核酸检测奠定了方法基础。     

核酸适配体在肿瘤诊断和治疗中的应用研究

随着科学技术的飞速发展,适配体在各个领域的研究也备受关注,特别是在肿瘤治疗研究方面。核酸适配体是一类通过指数富集的配体系统进化技术(systematic evolution of ligands by exponential enrichment technology,SELEX)获得的,具有独特三维构象的单链DNA或小分子RNA。核酸适配体能高亲和力和高特异性的与靶点结合,同时具有无免疫原性、相对分子质量小、靶标分子范围广、热学及化学稳定性高等特点。目前核酸适配体广泛应用于疾病的诊断、治疗、生物标志物筛选、生物传感器、新药研发等领域。现将核酸适配体的特点、筛选、及在肿瘤诊断和治疗中的研究作一综述。     

G-四链体:核酸的“新”结构

<正>核酸(包括DNA和RNA)是体内最重要一类生物大分子,DNA主要作为遗传信息载体,而RNA则作为信息中介分子、调节因子和酶等发挥多重生物学功能。核酸分子空间结构形式复杂、可变,可采用多种构象,在体内DNA主要为双螺旋结构,而RNA采取单链为主局部双螺旋结构,此外还存在一些特殊结构,如Z-DNA和G-四链体(G-quadruplex)等,这些结构对保证基因组完整性、基因表达和调控都具有重要作用。由于结构     

G-四联体的生物学功能研究进展

G-四联体是一种特殊的核酸二级结构,广泛存在于人类基因组DNA以及RNA中,如DNA的端粒序列、基因的启动子序列、RNA的5'端非翻译区(5'UTR)序列等。许多研究发现,G-四联体结构在基因的稳定性、端粒合成过程、基因转录和翻译水平的表达调控、基因重组等生命过程中起着至关重要的作用。目前的研究主要涉及DNA中的G-四联体、RNA中的G-四联体以及人工设计的G-四联体寡聚核苷酸,本文将从这三个方面介绍G-四联体的生物学功能相关研究进展。     

免标记荧光适体传感器的研究进展

核酸适体在治疗、诊断和生物传感等领域都引起了强烈的关注和广泛的应用。与传统的识别元素-- 抗体相比较,适体展现 出很多的优点：尺寸小,化学性质稳定,容易制备和修饰。更重要的是适体在生物传感的设计上更为灵活,因此,产生了很多高选 择性、高灵敏度的新型适体传感器。目前,很多的检测手段都被应用到适体传感器中,其中荧光的检测手段占有重要的地位。虽然 荧光适体传感器已经取得了重大的进展,但是荧光标记给传感器的设计带来很多的不便,因此,免标记的荧光适体传感器备受关 注。在本文中,我们将对免标记的荧光适体传感器的研究进展进行综述,为分析工作者发展更加灵敏、更加简单、更加应用广泛的 免标记荧光适体传感器提供依据。     

基于核酸适配体的生物分析新方法研究进展

核酸适配体是从随机文库中采用SELEX技术筛选所得的单链短链寡核苷酸片段(通常为15-80个ss DNA或ss RNA)。其能够折叠形成独特稳定的三维结构,通过静电相互作用,氢键,范德华力,碱堆叠或多种作用力组合特异性地与多种靶标结合。适配体因具有构象变化能力而被用作生物分析中的理想识别配体。目前,基于适配体的生物分析新方法得到广泛研究,并用于蛋白多肽类药物分析、疾病标志物诊断、外泌体检测、循环肿瘤细胞检测和病毒检测等方面。本文综述了核酸适配体用于生物分析方法开发的最新进展,比较和讨论不同分析方法,并对基于适配体的生物分析新方法提出了设想和展望,为开发新的生物分析方法和检测技术提供了思路和借鉴。     

功能核酸荧光标记型定量统一化检测技术的研究进展

功能核酸是一类具有特定空间构象、执行特异生物功能的天然或者人工核酸序列,具有易于修饰、价格低廉、稳定性高、特异性强等优势,搭载荧光传感系统,组装成多种荧光生物传感器,被广泛应用于环境污染物检测、食品风险因子检测、疾病诊断等多个领域。首先明确功能核酸与荧光定量检测技术等相关概念,详细阐述了几种重要的荧光物质的特点以及其与功能核酸的分子识别、作用方式与发光机制,再主要从功能核酸荧光标记型定量统一化检测技术与其实际应用角度进行分类介绍与评价对比,最后就功能核酸荧光标记型定量统一化检测技术在多种领域的检测分析中的研究意义以及存在的问题进行讨论,并对未来的发展与应用作出展望。     

基于CRISPR/Cas系统的核酸生物传感器

近年来,CRISPR/Cas系统已经成为转录调控和基因组编辑的重要工具。除了在基因编辑领域的贡献,CRISPR/Cas系统独特的靶核酸顺式切割和非特异性单链核酸反式切割能力,在开发核酸检测的新型生物传感器方面展现出巨大潜力。构建基于CRISPR/Cas系统高灵敏度生物传感器的关键通常依赖其与不同信号扩增策略,诸如核酸扩增技术或特定信号转导方法的结合。基于此,本文旨在通过介绍不同类型的CRISPR/Cas系统,全面概述基于该系统的核酸检测生物传感器的研究进展,并重点对结合核酸扩增技术（PCR、LAMP、RCA、RPA和EXPAR）、灵敏的信号转导方法（电化学和表面增强拉曼光谱）和特殊结构设计生物传感的三大类型信号放大策略的CRISPR/Cas生物传感器进行总结和评论。最后,本文对目前的挑战以及未来的前景进行展望。     

末端脱氧核酸转移酶介导的功能核酸生物传感器研究进展

末端脱氧核酸转移酶(TdT酶)是一种DNA聚合酶,可以催化脱氧核苷酸结合到DNA分子的3'羟基端,并且该反应无需特定的模板。目前,基于末端脱氧核酸转移酶可对模板核酸链的末端进行延伸这一特性,搭载不同的信号输出及扩增方式,构建了一系列的生物传感技术,如电化学生物传感器、荧光生物传感器、表面离子共振生物传感器等。对各类传感器的基本设计原理和应用进行了阐述。根据TdT酶的性质设计的一系列生物传感器具有简单、快速、廉价、灵敏度高、特异性好等优点,实现了对金属离子、病原体、蛋白质等的检测。最后对TdT酶介导的生物传感器目前的研究现状进行了总结并且对TdT酶未来的发展方向进行了展望。     

利用滚环扩增鉴别同源家族miRNAs

滚环扩增（rolling circle amplification, RCA）是一种基于病毒DNA复制而发明的新技术。近些年，RCA技术已经被广泛应用于微小核糖核酸（micro ribonucleic acid, miRNA）的检测。在miRNA检测研究领域中，鉴别高度同源的家族miRNAs成为该研究领域的瓶颈。本研究引入新型的RCA技术来增加鉴别的灵敏度和特异性，进一步提高家族miRNA鉴别的灵敏度，滚环扩增的程度用相对荧光强度来表示。研究结果显示，T4 RNA连接酶2可在RCA的环化过程中实现最大的环化效率，从而提高RCA的检测特异性。本文利用优化的RCA技术，实现对let 7高度同源的家族miRNAs高灵敏度的鉴别，灵敏度可达5 fmol。let 7a的滚环探针对Let 7a这一miRNA扩增后的相对荧光强度为1 550，而对其他的家族miRNA相对荧光强度仅为260。其他的家族miRNA探针在鉴别时相对荧光强度也显示了较大的差异。而依靠传统的RT-qPCR方法的鉴别灵敏度是4 pmol，与本研究相比，灵敏度低了近1 000倍。本研究的结果表明，利用RCA技术鉴别高度同源性miRNAs是高效灵敏的，此前未见相关研究的报道。RCA技术可能被应用于miRNA高灵敏度检测和鉴别的相关研究中。     

关于双链特异性核酸酶介导的生物传感器研究进展

双链特异性核酸酶（DSN 酶）是一种能高效识别并酶切完全互补配对的 DNA 双链或者 DNA/RNA 杂交双链中的DNA 链,而对单链 DNA 和单 / 双链 RNA 几乎没有作用的核酸酶,所以 DSN 酶在生物和医学等领域有着广泛的应用。目前,基于DSN 酶对单双链核酸不同的切割特点,搭载不同的信号输出及扩增方式,已经建立了一系列生物传感技术,如比色法、荧光法、电化学法等。实现了 mi RNAs、m RNA、重金属离子等一系列生物标志物及食品安全风险因子的检测。另外,DSN 酶与新兴纳米材料搭载的纳米传感器也在 RNA 等物质传感中显示出了极大的分析优势。首先从结构、性质和切割方式 3 个方面介绍了 DSN 酶,并对近年来基于 DSN 酶介导的、具有代表性的生物传感器的组建及应用情况进行了综述,主要是根据不同的信号输出方法对 DSN酶介导的核酸传感器进行归类综述,包括光学传感器、电化学传感器和光磁传感器等。具体综述内容包括,详细地阐述了各种传感器的传感原理,综合比较了各传感器的检测范围及检测灵敏度等,同时还归纳了目前 DSN 酶介导的生物传感器能够检测的靶物质类型,有助于人们以后对 DSN 酶更深层次的使用。最后,对 DSN 酶介导的生物传感器目前存在的不足及今后的发展趋势进行了展望,旨在指导人们在未来使用 DSN 酶介导的生物传感器中能避免相关问题,研发出更快捷、更方便、灵敏度更高的生物传感器。     

核酸适配体技术及其在肿瘤诊断和治疗中的应用

核酸适配体是一类通过指数富集的配体系统进化（SELEX）技术获得的具有独特三维构象的小分子RNA 或单链DNA。核酸适 配体能高亲和力和高特异性与靶点结合,同时具有自身分子质量小、免疫原性低、热/化学稳定性高、靶标分子范围广等特点,广泛应用 于疾病诊断、治疗、生物传感器、生物标志物筛选、新药研发等领域。综述近年来核酸适配体在肿瘤诊断和治疗方面的应用,并对核酸 适配体的临床研究现状、市场前景及面临挑战和发展趋势作简要分析。     

关于双链特异性核酸酶介导的生物传感器研究进展

双链特异性核酸酶（DSN 酶）是一种能高效识别并酶切完全互补配对的 DNA 双链或者 DNA/RNA 杂交双链中的DNA 链,而对单链 DNA 和单 / 双链 RNA 几乎没有作用的核酸酶,所以 DSN 酶在生物和医学等领域有着广泛的应用。目前,基于DSN 酶对单双链核酸不同的切割特点,搭载不同的信号输出及扩增方式,已经建立了一系列生物传感技术,如比色法、荧光法、电化学法等。实现了 mi RNAs、m RNA、重金属离子等一系列生物标志物及食品安全风险因子的检测。另外,DSN 酶与新兴纳米材料搭载的纳米传感器也在 RNA 等物质传感中显示出了极大的分析优势。首先从结构、性质和切割方式 3 个方面介绍了 DSN 酶,并对近年来基于 DSN 酶介导的、具有代表性的生物传感器的组建及应用情况进行了综述,主要是根据不同的信号输出方法对 DSN酶介导的核酸传感器进行归类综述,包括光学传感器、电化学传感器和光磁传感器等。具体综述内容包括,详细地阐述了各种传感器的传感原理,综合比较了各传感器的检测范围及检测灵敏度等,同时还归纳了目前 DSN 酶介导的生物传感器能够检测的靶物质类型,有助于人们以后对 DSN 酶更深层次的使用。最后,对 DSN 酶介导的生物传感器目前存在的不足及今后的发展趋势进行了展望,旨在指导人们在未来使用 DSN 酶介导的生物传感器中能避免相关问题,研发出更快捷、更方便、灵敏度更高的生物传感器。     

关于双链特异性核酸酶介导的生物传感器研究进展

双链特异性核酸酶（DSN 酶）是一种能高效识别并酶切完全互补配对的 DNA 双链或者 DNA/RNA 杂交双链中的DNA 链,而对单链 DNA 和单 / 双链 RNA 几乎没有作用的核酸酶,所以 DSN 酶在生物和医学等领域有着广泛的应用。目前,基于DSN 酶对单双链核酸不同的切割特点,搭载不同的信号输出及扩增方式,已经建立了一系列生物传感技术,如比色法、荧光法、电化学法等。实现了 mi RNAs、m RNA、重金属离子等一系列生物标志物及食品安全风险因子的检测。另外,DSN 酶与新兴纳米材料搭载的纳米传感器也在 RNA 等物质传感中显示出了极大的分析优势。首先从结构、性质和切割方式 3 个方面介绍了 DSN 酶,并对近年来基于 DSN 酶介导的、具有代表性的生物传感器的组建及应用情况进行了综述,主要是根据不同的信号输出方法对 DSN酶介导的核酸传感器进行归类综述,包括光学传感器、电化学传感器和光磁传感器等。具体综述内容包括,详细地阐述了各种传感器的传感原理,综合比较了各传感器的检测范围及检测灵敏度等,同时还归纳了目前 DSN 酶介导的生物传感器能够检测的靶物质类型,有助于人们以后对 DSN 酶更深层次的使用。最后,对 DSN 酶介导的生物传感器目前存在的不足及今后的发展趋势进行了展望,旨在指导人们在未来使用 DSN 酶介导的生物传感器中能避免相关问题,研发出更快捷、更方便、灵敏度更高的生物传感器。     

G四链体结构及其稳态

G四链体(G-quadruplex)是一种由DNA或者RNA构成的非典型核酸二级结构,广泛存在于生物体内,调节基因转录、复制等功能。然而,在生物体中,具有G四链体的核苷酸序列特征的片段并不一定能够形成由Hoogsteen键连接的G四链体结构。多种因素能够调控G四链体结构展开-折叠动态平衡:阳离子能够促进G四链体结构折叠; DNA/RNA解旋酶、转录因子能使G四链体结构展开、分子伴侣可促进G四链体结构折叠;小分子配基能够稳定G四链体结构促进其折叠;互补配对碱基序列、loop区长度也会影响G四链体结构展开-折叠过程。本综述旨在阐述影响G四链体结构展开-折叠动态平衡的因素,并为以后研究G四链体的调控机制和方向提供思路和依据。     

G- 四链体DNA 结合剂研究进展

富含鸟嘌呤的单链DNA序列可以缠绕折叠形成G- 四链体结构。人类基因组中有36,000 个以上的DNA 序列有潜力生成 G-四链体,如端粒末端重复序列,以及c-myc、c-kit、bcl-2 等原癌基因启动子区域。G-四链体是由四个鸟嘌呤之间通过Hoogsteen 氢键形成G-四分体,相邻的G-四分体再通过π-π 堆积作用,由糖- 磷酸骨架相连而成。G- 四链体DNA 的形成有着重要的生 物学意义,它和相关基因表达水平密切相关,诱导和稳定G- 四链体结构就有可能抑制癌基因的转录和表达,引起肿瘤细胞生物 学功能的紊乱,从而抑制肿瘤细胞的增殖。G-四链体结构作为新的抗肿瘤药物靶点引起了科学家的广泛关注,能够稳定G- 四链 体结构的配体包括二酰胺蒽醌类、苝类、阳离子卟啉类、金属配合物和天然产物等。本文对近年来以G-四链体为靶点的配体的研 究进行了综述。