复旦大学揭示 DNAzyme 剪切 RNA 分子机制

国际知名学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications）日前在线 发表 了复旦大学生命科学学院、遗传工程国家重点实验室甘建华课题组与麻锦彪课题组合作的关于 RNA-cleaving DNAzyme 的研究成果。该研究用 X - 射线晶体学方法解析了 8 -17 DNAzyme 与底物类似物的活性复合物结构，首次揭示了 RNA-cleaving DNAzyme 剪切 RNA 的分子机制，为 DNAzyme 的优化设计、基因沉默和临床治疗方面的应用提供了指导。

DNAzyme 是一类具有催化功能的 DNA 分子。同蛋白质和 RNA 催化酶一样，DNAzyme 能够催化多种类型的生化反应，并在不对称催化、生物传感器、DNA 纳米技术以及临床诊断方面得到了广泛的应用。具有 RNA 剪切功能的 RNA-cleaving DNAzyme 是发现最早的一类 DNAzyme。因为能够序列特异性地剪切目标 RNA，导致目的基因的沉默，RNA-cleaving DNAzyme 得到了非常广泛的关注和研究，并成功地应用于多类临床疾病的治疗。在过去的二十多年中，RNA-cleaving DNAzyme 的机理研究吸引了国际上众多课题组的关注，但由于核酸晶体生长和衍射的困难，目前 RNA-cleaving DNAzyme 的结构和催化机制仍不明确。

为此，甘建华、麻锦彪以及美国乔治亚州立大学教授黄震研究团队尝试了多种不同的方法，并最终借助非洲猪流感来源的 DNA 聚合酶的帮助，获得了 RNA-cleaving DNAzyme 与底物类似物及催化因子 Pb2+ 离子的高分辨率的复合物结构 (如图)。复合物结构的原子模型显示，RNA-cleaving DNAzyme 的活性中心具有一个新颖的 V -shape 构象，Pb2+ 离子则结合在活性中心的一个预先形成的结合口袋中。RNA-cleaving DNAzyme 遵循酸碱催化机制，Pb2+ 离子可以辅助水分子的活化，促进 RNA 底物的降解。除了催化机理外，该研究同样通过一系列的突变和体外活性验证，揭示了 DNAzyme 各核苷酸碱基在结构和活性方面的重要性，解释了该酶剪切 RNA 的分子机制，为进一步开发应用 DNAzyme 以及相关基因疾病诊断治疗提供理论指导。

据悉，刘鹤华博士和于翔博士为论文的并列第一作者，复旦大学教授甘建华、麻锦彪以及美国乔治亚州立大学教授黄震为并列通讯作者。该研究得到了复旦大学生命科学学院教授李继喜、林金钟以及纽约州立大学教授盛佳课题组的大力支持，并获得了国家重点研发计划项目和国家自然科学基金资助。研究团队在上海同步辐射光源采集了晶体衍射数据，并主要使用复旦大学生命科学学院的国重结构生物学平台完成了晶体生长、结构修正和相关活性验证工作。