用于稳定核酸纳米结构的新方法技术

本发明专利技术涉及通过用紫外光固化特别是通过使嘧啶核苷酸交联来稳定核酸纳米结构的新方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于稳定核酸纳米结构的新方法
本专利技术涉及通过用紫外光固化特别是通过交联嘧啶核苷酸来稳定核酸纳米结构的新方法。
技术介绍
本专利技术涉及稳定核酸纳米结构的新方法，其导致纳米结构具有有利的性能，特别是高度的结构稳定性。DNA纳米技术1-4可实现离散的三维(3D)对象的自下而上的自组装，所述三维对象具有亚纳米级的精确特征以及从纳米级到微米级5-16的总体维度以及具有高达十亿道尔顿级的分子量17,18。可以使用化学基团和生物分子对所得的对象进行位点特异性的功能化和修饰19-21，并且还可以构建可以包含产生类似机器行为的构造的对象22-24。定制的DNA对象已被开发出来，并成功地用于基础研究的各种应用中，从而提供了新的科学见解，并突出了DNA纳米技术生产实用性对象的能力。示例包括结构生物学25-27、生物物理学28-33、光子学34-37、等离子学38-42以及分子电子学19,43-45。已采取第一步以探索设计的DNA对象在医学疗法中用作可编程药剂24,46。用于生产单链DNA的可扩展生物技术方法有助于为制造材料和保健应用所需数量的DNA对象铺平道路47。为了在不同情况下找到用途，设计的DNA对象必须在靶标条件下稳定足够的时间，以便可以实现所需的应用效果。通常，无法获得在低离子强度溶液中(例如在生理液体中)、在其他溶剂中、在空气或真空中以及在超过50℃的高温下的应用。因此，研究人员一直在寻找方法来扩大使设计的DNA对象保持稳定的条件范围。已经通过化学48,49或酶促连接50在相应修饰的链末端之间的示例性结构中引入了额外的共价键。DNA纳米结构还可以通过添加辅助因子来进一步稳定，所述辅助因子例如8-甲氧基补骨脂素62或寡聚赖氨酸和寡聚赖氨酸-PEG共聚物51,52。尽管取得了这些进步，仍然需要建立辅助性的、普遍适用的方法用于共价稳定DNA纳米结构，所述方法不需要昂贵的化学修饰链或添加辅助因子。在DNA纳米结构中用户定义的位点上创建额外的共价连接的可能性将使整个结构或其一部分合理稳定化，以便在更广泛的环境条件下使用。此外，它可以稳定地捕获构造和更高阶组装中的构象状态。在这里，我们提出了一种通用且可扩展的方法，用于在DNA纳米结构中位点选择性地引入其他共价键。所述靶结合位点仅在DNA链的序列中指定并且不需要引入化学修饰。我们的方法通常适用于多种范围的DNA纳米结构，无论所述DNA链是通过固相化学合成还是通过生物技术方法生产的，它都可以发挥作用47。为了在不同情况下找到用途，设计的DNA对象必须在靶标条件下稳定足够的时间，以便可以实现所需的应用效果。通常，无法获得在低离子强度溶液中(例如在生理液体中)、在其他溶剂中、在空气或真空中以及在超过50℃的高温下的应用。因此，研究人员一直在寻找方法来扩大使设计的DNA对象保持稳定的条件范围。已经通过化学48,49或酶促连接50在相应修饰的链末端之间的示例性结构中引入了额外的共价键。DNA纳米结构还可以通过添加辅助因子来进一步稳定，所述辅助因子例如寡聚赖氨酸和寡聚赖氨酸-PEG共聚物51,52。尽管取得了这些进步，仍然需要建立辅助性的、普遍适用的方法用于共价稳定DNA纳米结构，所述方法不需要昂贵的化学修饰链或添加辅助因子。在DNA纳米结构中用户定义的位点上创建额外的共价连接的可能性将使整个结构或其一部分合理稳定化，以便在更广泛的环境条件下使用。此外，它可以稳定地捕获构造和高阶组装件中的构象状态。在这里，我们提出了一种通用且可扩展的方法，用于在DNA纳米结构中位点选择性地引入其他共价键。所述靶结合位点仅在DNA链的序列中指定并且不需要引入化学修饰。我们的方法通常适用于多种范围的DNA纳米结构，无论所述DNA链是通过固相化学合成还是通过生物技术方法生产的，它都可以发挥作用47。因此，尽管已经进行了许多尝试来解决增加核酸纳米结构的稳定性的问题，但是仍然存在对开发导致形成具有增加的稳定性的构建体的新方法的大量未满足的需求。本专利技术提供的针对该问题的解决方案，即通过紫外光诱导的嘧啶核苷酸的交联来固化核酸纳米结构，迄今为止，现有技术尚未实现或未提出。
技术实现思路
本专利技术涉及通过用紫外光固化，特别是通过使嘧啶核苷酸交联来稳定核酸纳米结构的新方法。因此，在第一方面，本专利技术涉及一种用于增加非天然存在的核酸纳米结构的稳定性的方法，其中所述纳米结构包含至少一个单链核酸序列，所述至少一个单链核酸序列与存在于一个或多个互补核酸序列上的至少两个非连续序列片段结合，其中所述方法的特征在于将所述核酸纳米结构暴露于UV辐照的步骤，其中所述将所述核酸纳米结构暴露于UV辐照的步骤导致在两个嘧啶核苷酸之间形成至少一个化学键，其中所述两个嘧啶核苷酸中的至少一个不是双螺旋亚结构中包含的互补核苷酸对的一部分。在第二方面，本专利技术涉及一种用于增加非天然存在的核酸纳米结构的稳定性的方法，其中所述纳米结构包含至少一个单链核酸序列，所述至少一个单链核酸序列与存在于一个或多个互补核酸序列上的至少两个非连续序列片段结合，其中所述方法的特征在于将所述核酸纳米结构暴露于UV辐照的步骤。在第三方面，本专利技术涉及一种用于增加非天然存在的核酸纳米结构的稳定性的方法，其中所述纳米结构包括至少两个双螺旋亚结构，其中所述方法的特征在于将所述核酸纳米结构暴露于UV辐照的步骤。在第四方面，本专利技术涉及一种用于增加非天然存在的核酸纳米结构的稳定性的方法，其中所述纳米结构包含至少一个单链核酸序列，所述至少一个单链核酸序列是至少两个不同的双螺旋亚结构的一部分，其中所述方法的特征在于将所述核酸纳米结构暴露于UV辐照的步骤。在第五方面，本专利技术涉及用于产生核酸纳米结构的试剂盒，所述试剂盒包含至少第一单链多核苷酸的一个或多个拷贝，以及单链多核苷酸的组，其中所述单链多核苷酸的每一个由n-特异性的序列组成，所述n-特异性的序列由n个核心序列组成，其中n是独立地选自1至40的范围的整数，其中所述n个核心序列中的每一个由以下组成：(i)与所述第一单链多核苷酸上的区域互补的序列，其中与第n个核心序列互补的区域与与第(n-1)和(n+1)个核心序列互补的区域不连续，(ii)在3'端的嘧啶核苷酸片段Pm，(iii)在5'端的嘧啶核苷酸片段Pm，以及(iv)任选地，一个或多个嘧啶核苷酸片段Pm插入，其中每个m是独立地选自0至40的范围的整数，并且其中每个P独立地选自胸腺嘧啶和胞嘧啶残基。在第六方面，本专利技术涉及用于产生核酸纳米结构的试剂盒，所述试剂盒包含单链寡核苷酸的组，其中所述单链多核苷酸的每一个由n-特异性的序列组成，所述n-特异性的序列由n个核心序列组成，其中n是独立地选自1至40的范围的整数，其中所述n个核心序列中的每一个由以下组成：(i)与所述单链多核苷酸组的另一成员的序列互补的序列，其中所述另一成员上与第n个核心序列互补的区域与与第(n-1)和第(n+1)个核心序列互补的区域不连续，(ii)在3'端的嘧啶核苷酸片段Pm，(iii)在5'端的嘧啶核苷酸片段Pm，以及(iv)任选地，一个或多个嘧啶核苷酸片段Pm插入，其中每个m是独立地选自0至40本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于增加非天然存在的核酸纳米结构的稳定性的方法，其中所述纳米结构包含至少一个单链核酸序列，所述至少一个单链核酸序列与存在于一个或多个互补核酸序列上的至少两个非连续序列片段结合，其中所述方法的特征在于将所述核酸纳米结构暴露于UV辐照的步骤，其中所述使所述核酸纳米结构暴露于UV辐照的步骤导致在两个嘧啶核苷酸之间形成至少一个化学键，其中所述两个嘧啶核苷酸中的至少一个不是双螺旋亚结构中包含的互补核苷酸对的一部分。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180605 DE 102018004454.91.一种用于增加非天然存在的核酸纳米结构的稳定性的方法，其中所述纳米结构包含至少一个单链核酸序列，所述至少一个单链核酸序列与存在于一个或多个互补核酸序列上的至少两个非连续序列片段结合，其中所述方法的特征在于将所述核酸纳米结构暴露于UV辐照的步骤，其中所述使所述核酸纳米结构暴露于UV辐照的步骤导致在两个嘧啶核苷酸之间形成至少一个化学键，其中所述两个嘧啶核苷酸中的至少一个不是双螺旋亚结构中包含的互补核苷酸对的一部分。


2.一种用于增加非天然存在的核酸纳米结构的稳定性的方法，其中所述纳米结构包含至少一个单链核酸序列，所述至少一个单链核酸序列与存在于一个或多个互补核酸序列上的至少两个非连续序列片段结合，其中所述方法的特征在于将所述核酸纳米结构暴露于UV辐照的步骤。


3.一种用于增加非天然存在的核酸纳米结构的稳定性的方法，其中所述纳米结构包括至少两个双螺旋亚结构，其中所述方法的特征在于将所述核酸纳米结构暴露于UV辐照的步骤。


4.一种用于增加包含多个双螺旋亚结构的非天然存在的核酸纳米结构的稳定性的方法，其中所述纳米结构包含至少一个单链核酸序列，所述至少一个单链核酸序列是至少两个不同的双螺旋亚结构的一部分，其中所述方法的特征在于将所述核酸纳米结构暴露于UV辐照的步骤。


5.根据权利要求1-4的任一项所述的方法，其中所述非天然存在的核酸纳米结构包括双螺旋亚结构的二维或三维排列。


6.根据权利要求5所述的方法，其中所述非天然存在的核酸纳米结构是一种结构，其中所述双螺旋亚结构各由10至5000个互补核苷酸对组成，其中所述双螺旋亚结构可以每七个、八个或九个碱基与相邻的双螺旋亚结构建立连接，其中形成所述双螺旋亚结构的单链寡核苷酸的一个或多个是相同的或至少两个不同的双螺旋亚结构的一部分。


7.根据权利要求6所述的方法，其中所述双螺旋亚结构之间的所述连接导致蜂窝、方形或六边形堆积的几何形状或它们的组合。


8.根据权利要求5-7的任一项所述的方法，其中形成所述双螺旋亚结构的至少85％的单链寡核苷酸是至少两个不同的双螺旋亚结构的一部分。


9.根据权利要求2-7的任一项所述的方法，其中所述将所述核酸纳米结构暴露于UV辐照的步骤导致在两个嘧啶核苷酸之间形成至少一个化学键。


10.根据权利要求9所述的方法，其中所述两个嘧啶核苷酸中的至少一个不是双螺旋亚结构中包含的互补核苷酸对的一部分。


11.根据权利要求1-10的任一项所述的方法，其中所述核酸纳米结构包括：
至少第一单链多核苷酸的一个或多个拷贝，
以及第二单链多核苷酸的组，
其中所述第二单链多核苷酸的每一个由n-特异性的序列组成，所述n-特异性的序列由n个核心序列组成，其中n是独立地选自1至40的范围的整数，其中所述n个核心序列中的每一个由以下组成：(i)与所述第一单链多核苷酸上的区域互补的序列，其中所述第一单链多核苷酸上与第n个核心序列互补的区域与所述第一单链多核苷酸上与第(n-1)个和第(n+1)个核心序列互补的区域不连续，(ii)在3'端的嘧啶核苷酸片段Pm，(iii)在5'端的嘧啶核苷酸片段Pm，以及(iv)任选地，一个或多个嘧啶核苷酸片段Pm插入，
其中每个m是独立地选自0至40的范围的整数，并且
其中每个P独立地选自胸腺嘧啶和胞嘧啶残基。


12.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一单链多核苷酸包含至少100个核苷酸。


13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一单链多核苷酸与丝状噬菌体的DNA具有至少70％的序列同一性。


14.根据权利要求13所述的方法，其中所述丝状噬菌体是M13、特别是M13mp18。


15.根据权利要求1-10的任一项所述的方法，其中所述核酸纳米结构包括
单链寡核苷酸的组，
其中所述单链多核苷酸的每一个由n-特异性的序列组成，所述n-特异性的序列由n个核心序列组成，其中n是独立地选自1至40的范围的整数，其中所述n个核心序列中的每一个由以下组成：(i)与所述单链多核苷酸组的另一成员的序列互补的序列，其中所述另一成员上与第n个核心序列互补的区域与与第(n-1)和第(n+1)个核心序列互补的区域不连续，(ii)在3'端的嘧啶核苷酸片段Pm，(iii)在5'端的嘧啶核苷酸片段Pm，以及(iv)任选地，一个或多个嘧啶核苷酸片段Pm插入，
其中每个m是独立地选自0至40的范围的整数，并且
其中每个P独立地选自胸腺嘧啶和胞嘧啶残基。


16.根据权利要求11-15的任一项所述的方法，其中对于在3’端和5’端的所述嘧啶核苷酸片段Pm的每一个，m为0或1，并且P为胸腺嘧啶残基。


17.根据权利要求11-16的任一项所述的方法，其中所述核心序列的每一个由x个核苷酸组成，其中x是独立地选自7、8或16的倍数的整数。


18.根据权利要求1-17的任一项所述的方法，其中所述UV辐照是用波长在250nm和350nm之间的UV光进行的。


19.根据权利要求1-18的任一项所述的方法，其中所述UV辐照是通过将样品暴露于UV光强度在约1和10mW/cm2之间的UV辐照约1至6小时(进行，使用以下参数：样品体积为约5至2000μl、样品中核酸纳米结构的浓度为约1至500nM、在大约0至25℃的温度范围内、在TRIS缓冲溶液中、使用氙气光源(AsahiSpectra的MAX303)，其使用光导将光束耦合到样品中，其中样品的溶液表面与光导的末端之间的距离小于约5cm。


20.根据权利要求1-19的任一项所述的方法，其中，所述将所述核酸纳米结构暴露于UV辐照的步骤进行在相同条件下处理实施例2的参比DNA纳米结构达到稳定性所需的持续时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·格尔林，亨德里克·迪茨，
申请(专利权)人：慕尼黑工业大学，
类型：发明
国别省市：德国;DE