JACS丨一种用于编程细胞间相互作用的细胞膜锚定的DNA纳米平台

作者：晁丹丹

我们都知道，细胞之间的相互作用是通过细胞膜上的一些物质介导实现的。对于研究和操纵细胞间的相互作用将有非常大的意义。然而，由于细胞膜的复杂性及流动性，构筑上述功能单元还存在一定的挑战。在这篇文章中，作者利用三维(3D)两亲性DNA四面体作为支架，开发了一种生物相容性好、有效且通用的DNA探针细胞表面工程策略。该DNA四面体由4条修饰过的DNA链自组装而成，其中DNA探针在其顶点上，底面的三个顶点上分别修饰了胆固醇，通过疏水作用力与细胞膜的磷脂双分子层紧密结合（图1）。

图1：A： DNA四面体的结构示意图。B，C: 分别利用 PAGE胶及AFM验证DNA四面体结构的生成。D: CLSM证明DNA四面体结构连接在细胞表面。F,G: Flowjo分别研究DNA四面体与细胞共孵育时，其浓度及时间对荧光强度的影响。

紧接着，作者比较了连接一个胆固醇单元的线性DNA与DNA四面体及连接不同数目（1，2，3）胆固醇单元的的DNA四面体对细胞膜的亲和力。并且研究了在一定条件下，结合在细胞膜上的DNA结构内化情况。如图2可知，相对于线性DNA结构，连接3个胆固醇的DNA四面体结构不仅不易从细胞上脱离，也能解决DNA结构细胞内化的问题。

图2：A: 线性DNA结构与DNA四面体（分别修饰不同数量的胆固醇）对细胞结合力随时间的变化。B: A中各种结构绝对荧光强度的对比图。C: A中各种结构的相对荧光强度变化。D:图中三种结构与细胞在37℃，共孵育15min后的细胞内化情况。E:D中个细胞相对内化比率。

在验证了DNA四面体的相关优势后，作者首先利用其作为支架，通过DNA杂交（图3）及适配体的特异性（图4）来精确控制细胞组装。紧接着，通过细胞上四面体结构连接的DNA杂交，实现细胞之间的接触，从而触发胞内信号的响应。（图5）

图3 以DNA四面体作为支架，利用DNA杂交来精确控制细胞组装。

图4 以DNA四面体作为支架，利用适配体特异性来精确控制细胞组装。

图5 通过细胞上DNA四面体结构连接的DNA杂交，实现细胞之间的接触，从而触发胞内信号的响应。

综上所述，通过使用两亲性三维DNA四面体作为支架，作者开发了一种有效的膜锚定纳米平台，用于编程细胞之间的相互作用。这种两亲性DNA四面体通过四条寡核苷酸链自组装而成。此结构可有效解决线性DNA结构易从细胞上脱离及内化的问题。基于以上的优点及DNA结构的可编程性及多样性，三维DNA四面体结构非常有潜力应用于细胞表面工程。

Jin Li, Kanyu Xun, Ke Pei, Xiaojing Liu, Xueyu Peng, Yulin Du, Liping Qiu, Weihong Tan. A cell membrane-anchored DNA nano-platform for programming cellular interactions. J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 45, 18013-18020.