脱氧核酶(DNAzymes)高效催化降解新冠病毒RNA的研究
批准号:
22077089
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
黄震
依托单位:
学科分类:
生物分子的化学生物学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
黄震
中文摘要
我们计划设计和改造脱氧核酶(DNAzyme)来特异性识别并剪切新冠病毒RNA。DNAzyme与其它基因沉默酶切技术相比(如核酶),具有分子相对小、易于设计和修饰、稳定性高、合成成本低等诸多优势。其中,能够剪切RNA的8-17 DNAzyme(Dz8-17)在基因沉默上有巨大的前景。不幸的是, 它对二价金属离子高度依赖。由于细胞内游离态二价金属离子浓度低,因此导致DNAzyme在细胞内活性低,这极大地阻碍了它在基因沉默领域的应用。尽管科学家们努力尝试各种办法来改善DNAzyme细胞内的活性,但收效甚微。摆脱Dz8-17对二价金属离子的依赖性,提高它的细胞内活性已成为一大难题。基于前期我们对Dz8-17的晶体结构解析,本项目将对Dz8-17分子结构和功能进行改造,引入有机阳离子,摆脱它对二价金属离子的依赖,从而提高Dz8-17在细胞内的催化活性,以便达到特异性降解新冠病毒RNA的目的。
英文摘要
We plan to design and reconstruct DNAzyme for specifically cleaving COVID-19 RNA. Compared with other enzymatic gene-silencing technologies (such as ribozymes), DNAzyme has several advantages, including smaller molecular weight, relatively stable in serum, easy to design and modify, and low cost to synthesis, which makes DNAzyme a promising tool in the field of gene silencing. Among them, the RNA-cleaving DNAzyme (Dz8-17) has great potential in gene silencing field. Unfortunately, Dz8-17 is highly dependent on divalent metal ions. Since the concentration of intracellular free-divalent-metal ions is low, Dz8-17 has low intracellular activity, which hinders the application of DNAzyme in the field of gene silencing. Although scientists have tried various ways to improve its intracellular activity, achieving high activity of DNAzyme in cells has become a challenge worldwide. Based on our crystal structure of Dz8-17, we plan to modify the molecular structure of Dz8-17 in order to improve the catalytic activity of DNAzyme inside and outside cells in the absence of divalent metal ions. Eventually, we will achieve RNA-specific degradation and COVID-19 RNA cleavage with the DNAzyme in vivo. The success on this project will transform the field of gene silencing and allow DNAzymes to be widely used in functional genomics and therapeutic discovery in the future.
脱氧核酶(DNAzymes)是一类人工合成的核酸催化分子,具有特异性RNA剪切能力,在抗病毒治疗和基因调控领域具有广阔的应用前景。本项目旨在研究8-17 DNAzyme的设计、化学修饰及其在新冠病毒RNA降解中的应用,通过筛选高活性DNAzyme、优化其化学修饰和结构设计,提升其抗核酸酶降解能力、细胞内稳定性及靶标结合效率,为RNA病毒的靶向治疗提供分子工具。研究过程中,我们在模拟生理条件下(150 mM KCl, 0.5 mM MgCl2, pH 7.5, 37℃)筛选出多种具有RNA剪切活性的DNAzyme,其中Dz04和Dz08表现出最佳活性。通过引入硫代修饰(PS)、甲氧基修饰(OMe)和锁核酸修饰(LNA),我们显著增强了DNAzyme的抗核酸酶降解能力及细胞内活性。研究发现,催化中心的3*/9*/10*组合PS修饰可大幅提升剪切效率,两臂末端引入单个LNA修饰将细胞内RNA降解率从31%提升至70%-73%,其中Dz04-4LNA的抑制效率高达90%。此外,我们成功合成了环式DNAzyme(69 nt长度最佳),其活性是线性Dz8-17的21倍,并且表现出显著的抗降解能力和低副作用。然而,环式DNAzyme在细胞内的基因沉默效率略低于线性Dz04,需进一步优化其靶标结合能力。针对新冠病毒靶标,我们构建了N基因与sfGFP融合表达质粒,用于DNAzyme靶向研究,并设计了20种靶向N基因RNA的Dz8-17,筛选出5种具有显著剪切活性的候选分子。通过本项目的研究,我们揭示了DNAzyme化学修饰对催化效率、稳定性及细胞内活性的调控机制,并建立了基于DNAzyme的高效靶向RNA降解体系。项目成果不仅为新冠病毒RNA降解提供了新型分子工具,也为抗病毒治疗、基因沉默和核酸检测等领域奠定了重要基础,展现出广阔的科学意义和应用前景。
脱氧核酶(DNAzymes)高效催化降解新冠病毒RNA的研究
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:63万元
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批准年份:2020
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负责人:黄震
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依托单位:
化学合成硒核酸用于核酸晶体生长及机理研究
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批准号:21572146
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项目类别:面上项目
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资助金额:65.0万元
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批准年份:2015
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负责人:黄震
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依托单位:
国内基金
海外基金