一种高阶核酸结构及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种高阶核酸结构及其制备方法和应用，所述高阶核酸结构由核酸脚手架链、支链型订书钉链和除支链型订书钉链中线型订书钉链以外的线型订书钉链通过碱基互补配对共组装而成，所述支链型订书钉链包括支链型有机分子以及与所述支链型有机分子共价偶联的含有线型订书钉链的核酸。本发明专利技术通过在核酸结构组装体系中引入支链型订书钉链，实现了更为高效的高阶核酸结构的制备，所述高阶核酸结构能够被进一步锁定形成致密的锁定型高阶核酸结构，所述锁定型高阶核酸结构能够精确定位纳米颗粒，可应用于分子器件、生物传感和药物递送等领域；该类高阶核酸结构制备方法简单，生产效率高，极大促进了相关产品的推广与使用。用。用。

【技术实现步骤摘要】
一种高阶核酸结构及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于生物材料
，尤其涉及一种高阶核酸结构及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]核酸作为一类生物大分子，可以通过严格的碱基互补配对，自组装形成具有不同尺寸和形貌的核酸纳米结构。核酸折纸结构作为一类具有代表性的核酸纳米结构，已经被广泛地研究和报道。核酸折纸结构通常是以一条长的环形单链核酸作为脚手架链，在上百条短的线型订书钉链的辅助下精确折叠而成。最为常见的核酸脚手架链是来自噬菌体的环形DNA单链M13mp18，其含有7249个碱基。核酸折纸结构具有优异的结构可设计性、位点可寻址性和生物相容性，已被广泛应用于分子器件、生物传感和药物递送等领域。随着生物大分子材料的不断发展，人们对大尺寸核酸折纸结构的需求越来越大。然而，传统的核酸折纸结构的大小在很大程度上受限于固有的核酸脚手架链的长度。因此，亟需发展高效地大批量制备具有更大尺寸的高阶核酸折纸结构的新方法。
[0003]随着核酸自组装技术的不断发展，一系列用于共组装大尺寸的核酸折纸结构的技术被报道出来，主要包括黏性末端拼接和结构形状互补。黏性末端拼接策略主要是通过延长核酸折纸结构中的线型订书钉链，使得核酸折纸结构之间可以通过所延长的部分以碱基互补配对的方式进行拼接，从而获得具有更大尺寸的核酸折纸结构。结构形状互补技术则是通过预先设计具有形状互补的核酸折纸结构，通过以形状互补的模式进行结构之间的共组装，最终获得更大尺寸的核酸折纸结构。然而，无论是黏性末端拼接策略，还是结构形状互补技术，二者都需要连续进行多步的结构组装、分离纯化和最终的共组装过程。以上策略的制备过程复杂且目标结构组装效率低，不能够实现高效地大批量制备高阶核酸结构的目的。
[0004]基于碱基互补配对的支链型核酸结构，早在上世纪80年代就被报道出来。以支链型核酸结构作为连接枢纽，能够极大地丰富所构建的高阶核酸结构的类型。然而，以碱基互补配对的方式所构建的支链型核酸结构的热稳定相对较差，仍然需要通过分步组装的方式进行共组装，效率较低，限制了高阶核酸结构的广泛推广应用。
[0005]综上所述，如何提供一种高效的高阶核酸结构的制备方法，实现一步共组装，是高阶核酸制备领域亟需解决问题之一。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足和实际需求，本专利技术提供一种高阶核酸结构及其制备方法和应用，本专利技术利用核酸脚手架链、线型订书钉链和特定的支链型订书钉链，能够通过碱基互补配对实现一步共组装制备高阶核酸结构，组装效率高，可应用于大批量制备。
[0007]为达上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种高阶核酸结构，所述高阶核酸结构由核酸脚手架链、支
链型订书钉链和除支链型订书钉链中线型订书钉链以外的线型订书钉链通过碱基互补配对共组装而成，所述支链型订书钉链包括支链型有机分子以及与所述支链型有机分子共价偶联的含有线型订书钉链的核酸。
[0009]本专利技术中，所述支链型订书钉链具有很高的热稳定性，支链型订书钉链同核酸脚手架链和线型订书钉链进行预混，能够通过一步共组装高效制备高阶核酸结构，显著提高生产效率，同时，一步组装策略相对于传统的多步组装方式能够有效规避由于多步分离纯化所增加的时间和成本。
[0010]本专利技术中，所述核酸脚手架链可以是任意的单链核酸，例如可以是环形单链核酸。
[0011]优选地，所述核酸脚手架链包括环形DNA单链M13mp18(含有7249个碱基，具体序列见参考文献：Nature,2006,440,297)或P7308(含有7308个碱基，具体序列见参考文献：PNAS,2007,104,6644)。
[0012]本专利技术中，所述线型订书钉链可以是任意的用于组装核酸折纸结构的订书钉链。
[0013]优选地，所述线型订书钉链包括用于分别组装三角形折纸、正方形折纸或纳米管折纸的订书钉链。
[0014]本专利技术具体实施例中，包含组装三角形折纸的线型订书钉链(具体序列见参考文献：ACS Nano,2014,8,6633)、组装正方形折纸的线型订书钉链(具体序列见参考文献：Nature,2017,552,67)和组装纳米管折纸的线型订书钉链(具体序列见参考文献：PNAS,2007,104,6644)。
[0015]优选地，所述支链型有机分子为具有支链型结构的有机分子。
[0016]本专利技术中，所述支链型有机分子可以是任意的能够进行共价偶联反应的多臂有机分子。
[0017]优选地，所述支链型有机分子包括叠氮修饰的双季戊四醇((CH2N3)3CCH2OCH2C(CH2N3)3)或叠氮修饰的α
‑
环糊精(α
‑
CD
‑
6N3)。
[0018]本专利技术中，所述含有线型订书钉链的核酸可以是含有任意折纸结构中的任意一条线型订书钉链的核酸。
[0019]优选地，所述含有线型订书钉链的核酸的核酸序列包括SEQ ID NO.1～SEQ ID NO.4所示的序列。
[0020]SEQ ID NO.1：(用于构建高阶三角形折纸结构)
[0021]TTTTTTTTTTTGCTATTTTGCACCCAGCTACAATTTTG；
[0022]SEQ ID NO.2：(用于构建高阶正方形折纸结构)
[0023]TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTGGAACCCATGTACCGTAACACTGAGTTT；
[0024]SEQ ID NO.3：(用于构建顶点交联的高阶纳米管折纸结构)
[0025]TTTTTTTTTTTTTGAAATACCGACCGTGTGATAAATAA；
[0026]SEQ ID NO.4：(用于构建中间交联的高阶纳米管折纸结构)
[0027]TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTGGATAAGTGCCGTCGAGAGGGTTGATAT。
[0028]第二方面，本专利技术提供一种第一方面所述的高阶核酸结构的制备方法，所述高阶核酸结构的制备方法包括：
[0029]将核酸脚手架链、支链型订书钉链和除支链型订书钉链中线型订书钉链以外的线型订书钉链混合进行共组装，得到所述高阶核酸结构；
[0030]所述支链型订书钉链包括支链型有机分子以及与所述支链型有机分子共价偶联的含有线型订书钉链的核酸。
[0031]本专利技术中，利用特定组成的支链型订书钉链，具备极高的热稳定性，能够在95℃的高温下，仍然保持完整的支链结构，利用所述支链型订书钉链可与核酸脚手架链、线型订书钉链通过碱基互补配对实现一步共组装制备高阶核酸结构，实现一步高效地大批量构建具有特定尺寸和形貌的高阶核酸结构，从而应用于分子器件、生物传感和药物递送等领域，具有重要的意义。
[0032]优选地，所述共组装的条件包括：90～95℃(例如可以是90℃、91℃、92℃、93℃、94℃或95℃)孵育1～10min(例如可以是1min、2min、3m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高阶核酸结构，其特征在于，所述高阶核酸结构包括核酸脚手架链、支链型订书钉链和除支链型订书钉链中线型订书钉链以外的线型订书钉链通过碱基互补配对共组装而成；所述支链型订书钉链包括支链型有机分子以及与所述支链型有机分子共价偶联的含有线型订书钉链的核酸。2.根据权利要求1所述的高阶核酸结构，其特征在于，所述核酸脚手架链包括环形DNA单链M13mp18或P7308；优选地，所述线型订书钉链包括用于分别组装三角形折纸、正方形折纸或纳米管折纸的订书钉链；优选地，所述支链型有机分子包括叠氮修饰的双季戊四醇或叠氮修饰的α
‑
环糊精；优选地，所述含有线型订书钉链的核酸的核酸序列包括SEQ ID NO.1～SEQ ID NO.4所示的序列。3.一种权利要求1或2所述的高阶核酸结构的制备方法，其特征在于，所述高阶核酸结构的制备方法包括：将核酸脚手架链、支链型订书钉链和除支链型订书钉链中线型订书钉链以外的线型订书钉链混合进行共组装，得到所述高阶核酸结构；所述支链型订书钉链包括支链型有机分子以及与所述支链型有机分子共价偶联的含有线型订书钉链的核酸。4.根据权利要求3所述的高阶核酸结构的制备方法，其特征在于，所述共组装的条件包括：90～95℃孵育1～10min，降温至1～4℃；优选地，所述核酸脚手架链、支链型订书钉链中所含有的线型订书钉链和除支链型订书钉链以外的线型订书钉链的摩尔比为1:1:(5～20)。5.根据权利要求3或4所述的高阶核酸结构的制备方法，其特征在于，所述支链型订书钉链的制备方法包括：在含有线型订书钉链的核酸的末端修饰反应官能团，将修饰有反应官能团的含有线型订书钉链的核酸与支链型有机分子进行共价偶联反应，得到所述支链型订书钉链。6.根据权利要求5所述的高阶核酸结构的制备方法，其特征在于，所述反应官能团包括二苯并环辛炔
‑
琥珀酰亚胺酯；优选地，所述含有线型订书钉链的核酸与反应官能团的摩尔投料比为1:(10～50)；优选地，所述修饰有反应官能团的含有线型订书钉链的核酸与支链型有机分子的摩尔投料比为(1～...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁宝全，刘建兵，王宇昂，李燕，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：