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【材料】天津大学仰大勇课题组Nat. Commun.：利用DNA功能材料在活细胞中构建人工过氧化物酶体

时间：2022-12-27 来源：浏览：

【材料】天津大学仰大勇课题组Nat. Commun.：利用DNA功能材料在活细胞中构建人工过氧化物酶体

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近期， 天津大学 化工学院 仰大勇 教授团队在DNA功能材料细胞内可控组装方面取得新进展，团队设计了 质子驱动的动态组装体系，实现了细胞内信号驱动的DNA可控组装，构建了人工过氧化物酶体 ，相关成果发表在 Nature Communications 。 仰大勇 教授和姚池副教授为共同通讯作者，主要作者包括硕士生 徐毓玮 和博士生 唐建普 。该工作得到国家自然科学基金等资助支持。

活性氧（ROS）是细胞代谢中的重要信号分子，ROS的过量产生或清除不足会导致细胞氧化应激，损伤细胞的结构完整性和细胞器功能，从而影响细胞的增殖、分化和代谢等生物学行为，与多种疾病的发病机制和进程密切相关。过氧化物酶体作为一种多功能细胞器，含有用于清除ROS的氧化还原酶，对于平衡细胞内ROS水平至关重要。鉴于此，在ROS失衡的细胞中构建人工过氧化物酶体，实现对胞内ROS的有效清除，并研究细胞的生物学行为变化，有望探索疾病干预和治疗的新机制、新途径。

图1. 在活细胞中通过DNA分子动态组装构建人工过氧化物酶体。

仰大勇教授团队构建了一种DNA/氧化铈纳米复合物（DCNC），实现细胞内动态组装，构建人工过氧化物酶体（AP），有效清除胞内ROS，并研究对ROS失衡细胞的生物学行为影响。氧化铈与枝状DNA的磷酸骨架通过配位作用形成纳米尺寸的复合体。进入细胞后，DCNC依次响应早期内涵体和晚期内涵体/溶酶体内的酸性环境，发生自主解组装和再组装，在细胞内部原位形成AP。在细胞中，AP通过氧化铈的功能模拟过氧化物酶体清除高浓度ROS的功能，防止细胞氧化应激。DNA分子可控组装赋予组装材料理性可调的尺寸效应，很好地解决了材料细胞摄取与细胞内滞留的矛盾，纳米尺寸的DCNC有利于细胞摄取，而DCNC在细胞内组装形成AP后尺寸增大，有效延长了胞内滞留时间，增强了ROS清除功效。在此基础上，通过氧化应激模型研究了AP对细胞生物学行为的影响。结果表明，AP通过降低细胞内ROS水平、维持稳定的谷胱甘肽浓度，保护细胞骨架不受损伤，进而维持了细胞的迁移能力。对线粒体膜电位、 Ca ²⁺ 浓度以及胞内ATP水平的测定，证明AP能够使细胞在受到ROS攻击后仍维持正常的代谢以及生理活动。此外，细胞活性等相关实验验证，AP能够使细胞在高浓度 H ₂ O ₂ 环境中仍维持高活性，有效地抑制了细胞凋亡。该工作证明了在细胞内原位构建AP的可行性，并且验证了清除ROS的能力，这是未来进一步应用的必要基础。这项工作启发研究者利用胞内复杂的生物微环境，以及细胞和亚细胞水平上生物刺激的差异性，在特定位置进行可控组装，调控细胞或细胞器功能，为疾病干预和治疗探索新的途径。

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