正在崛起的RNA纳米技术VIP专享VIP免费

《生命的化学》2011年31卷2期·173·●特约撰稿CHEMISTRYOFLIFE2011，31(2)文章编号:1000-1336(2011)02-0173-11正在崛起的RNA纳米技术肖守军南京大学化学化工学院，配位化学国家重点实验室，南京微结构国家实验室(筹)，南京210093摘要：RNA纳米技术得益于纽约大学西曼(NadrianC.Seeman)教授开创的DNA纳米技术，RNA是由腺嘌呤(A)、尿嘧啶(U)、鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)构成的一种核糖核酸高分子，与DNA的Watson-Crick碱基配对(A-T,G-C)的双螺旋链的结构不完全一样，RNA的二级结构里经常出现一些非传统的碱基配对如环环相互作用，这些非传统配对促使RNA分子折叠成刚性结构。本文综述了正在崛起的RNA纳米技术，列举了一些著名的实验，如郭培宣(PeixuanGuo)等从自然界的phi29噬菌体中发现的pRNA纳米马达是由六个小RNA分子构成的六环结构，Jaeger等发展了RNA构造术(RNA-tectonics)，根据已知的RNA分子的碱基和非传统配对，他们设计利用小RNA分子构造二聚体、一维线性多聚体、和二维网状的七巧板迷宫(jigsawpuzzle)等图案，用tRNA分子或设计用几条RNA分子来构建多面体如立方体和八面体等立体结构等。RNA纳米技术正在崛起，它将在医学、生物技术、合成生物学和纳米技术领域扮演重要的角色。关键词：RNA纳米技术；RNA的二级结构；RNA构造术中图分类号：Q58最近美国辛辛那提大学生物医学工程中心主任郭培宣(PeixuanGuo)教授在《NatureNanotechnolo-gy》上发表了综述文章“TheEmergingFieldofRNANanotechnology”[1]。在这篇文章中，对处于萌芽状态的RNA纳米技术作了详尽而又精炼的综述，特别提请科学家关注这一正在崛起的崭新领域。郭教授等于1987年发现了phi29噬菌体中由pRNA(packagingribonucleicacid,简称pRNA)驱动的纳米马达[2]，该纳米马达的功能是包裹DNA并将DNA运送到病毒衣壳中，ATP为这种RNA马达提供能量。随后的1998年，他的小组和D.Andersen的小组同时发现马达中有六个RNA分子排列成环状[3,4]，郭教授指导的团队还证明pRNA分子可以经过改造构建成二聚体、三聚体和六聚体的纳米颗粒[4,5]，从而揭示了构建RNA纳米颗粒的可能性。pRNA纳米马达是自然界中RNA分子构建的精密纳米机器，堪称自然界的杰作。相继，他们又证明，RNA纳米颗粒可作为多价载体将干扰性小核糖核酸(smallinterferingRNA,siR-NA)和其他药物特异性地输送到被病毒感染的肿瘤细胞中，预计RNA纳米颗粒在药物输送、基因治疗和细胞干预等与人类疾病相关的领域可能具有更广阔的应用前景[6-15]。RNA纳米技术在疾病治疗上的可实施性已通过phi29pRNA治疗系统在很多方面体现出来。RNA纳米技术可以追溯到纽约大学的西曼(Na-drianC.Seeman)教授在30年前开创的DNA纳米技术。DNA双螺旋链由两个互补单链上的腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)经两个氢键及鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)经三个氢键配对而形成，氢键是形成双螺旋以及DNA自组装阵列的主要驱动力，但碱基之间的疏水作用力和范德华力、磷酸根之间的静电斥力、以及DNA与阳离子的配位作用力等弱键都对DNA的自组装有很大影响。西曼教授小组用几条合成DNA单链构造了生物学里存在的或类似天然的结构模体(motif)：如霍利迪结(Hollidayjunction)类似物、三角形、和平行四边形等，然后利用结构模体或建筑模块(buildingblocks)来构建微纳米尺度的立方体、“波罗米昂(Bor-romean)三环”、二维阵列结构、和三维晶体等[16-20]，最近十来年又发展了以病毒DNA为模板组装二维和三维的DNA折纸技术[21,22]、DNA纳米机器[23]和DNA阵列为支架的功能单元(如蛋白质和金纳米粒等的可收稿日期：2011-01-15国家自然基金(No.91027019)资助作者信息：肖守军(1963-)，男，博士，教授，通讯作者，E-mail：sjxiao@nju.edu.cn《生命的化学》2011年31卷2期CHEMISTRYOFLIFE2011，31(2)·174·●InvitedReview控组装等[24-28])。RNA纳米技术类比DNA纳米技术而发展，然而更为复杂的RNA三维结构使得构造RNA纳米结构的挑战性加大，如单根DNA(100个碱基以内)一般是一维线状的无序堆积，很少具有确定的二级结构，而单根RNA则不同：绝大多数自然界的单根RNA具有确定的二级结构，“三叶草”结构就是对单根RNA二级结构的形象描述。RNA具有...