dna杂交作为信号开关的分子识别及应用实例

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1、DNA杂交作为信号开关的分子识别和应用【摘要】DNA杂交作为信号开关的分子识别检测是发展成熟，应用广泛的分析策略之一。本篇课程报告列举了已经使用的五种模式，并一一以实例介绍和探讨，最后对其特点和发展方向进行了总结和讨论。【关键词】DNA杂交信号开关识别检测50°51°图1•碱基互补配对脱氧核糖核酸（DNA）承载了真核生物绝大多数的遗传信息任务，其精妙的螺旋分子结构，严格的碱基配对互补（即腺卩票吟A与胸腺卩密唳T以两个氢键配对，鸟喋吟G与胞U密曉以三个氢键配对，见图1）让人为之叹服，也吸引着、生命科学、化学、医药等诸多领域研究者的目光。在分析化学方面，DN

2、A一方而扮演着重要的被检测物角色，一方面在构建完整信号响应过程中起到了巨大作用，而利用DNA杂交作为信号开关的分子识别就是其中发展最为成熟，应用最为广泛，模式最为多样的一种策略。分子识别是特异性过程，利用被检测物对DNA杂交状态的特异性改变，以及DNA杂交本身具有特异性的特点，就可以实现识别。识别最终要转化为检测，此吋就体现了DNA杂交的信号开关作用，即在其杂交状态被改变后，可以触发与被检物相关联的信号变化，变化的信号被监测、记录和分析，就可得到被测物的信息。要说明的是,这里的信号开关概念不是单纯的信号有无，也可以指信号强弱的迅速改变；利用信号开关模式的

3、检测也不仅是对被检物有无的定性，也可以实现一定范围的定量。DNA杂交作为信号开关的模式可以总结为:（1）杂交引入信号，或杂交或逆过程本身引发信号的改变；（2）通过杂交，释放信号分子；（3）DNA朵交辅助聚合；（4）有关空间距离控制的信号开关；（5）双链DNA反应。这些模式在实际应用屮也互有交错。一、杂交引入或引发信号利用带标记的DNA互补链与体系中单链DNA（ssDNA）杂交,从而将信号分子引入体系，是最简单的使信号从无（关）到有（开）的方式，被标记的ssDNA可以是探针，也可以是目标链，检测物可以是DNA,也可以是与DNA连接的其它被测物；而相应的，若

4、体系屮ssDNA是带有标记的，信号为开，利用带有猝灭剂的互补链DNAtargetDNApniln?DNA'TCOHybridimtion图2•染料标记H标DNA引入光电信号的光电传感器杂交猝灭原有信号也是一种简单实用的方法。这种通过标记与杂交的方式实现分子识别及其后的检测早已在传统DNA芯片中得到广泛应用⑴，在其它方面也是重要的识别和检测策略。Tokadome等设计了一种检测DNA的光电传感器（见图2）。以罗丹明B或AlexaFluor647两种染料为光敏剂，标记目标DNA单链,口标DNA与连接在TiO2表面的探针DNA杂交后，在特定光照下诱发光电流，实

5、现检测；光电流大小可以与目标DNA浓度相联系，从而为实现定量检测提供了可能叫ShurongTang等则利用DNA杂交引入CdS量子点（CdSQDs）,使得Pb"的浓度与CdS的方波溶出伏安信号相关联，达到定量检测的目的（见图3）⑶。信号响应过程不仅涉及CdSQDs标记的DNA与互补链的杂交,也涉及Pb"激活DNA催化DNA断裂解旋的过程,设计非常巧妙。同时，在这个实验中作者采用滚环扩增制造大量与CdSQDs标记的短链DNA互补的序列，使得每个Pb?+对应多个CdSQDs,从而解决了杂交引入信号源时信号放大的难题。图3.利用滚环扩増和CdSQDs标记的DN

6、A实现Pb?•检测与信号放大以上皆为标记的方法，而带标记的分子识别与检测过程存在诸多问题，例如用作标记的基团存在毒性，标记物易脱落，标记过程耗时长等，因此免标记技术成为了重要的发展方向。DNA杂交及解旋本身存在着质量、形态、电化学性质等变化，所以理论上任何可以检测相关信号的手段都可以使用，如电化学阻抗谱（EIS）141,51,表面共振⑹等。HuiBoonTeh等用石英品体微天平（QCM）的方法检测Pb2+激活DNA酶，催化DNA断裂解旋后的质量减小。因为Pb2WDNA酶的激活是特异性的，由于被剪切链DNA序列的特殊设计，酶对DNA的催化断裂位点也是特异性

7、的，所以这个方法完成了对Pb2+的特界性识别和检测⑺。二、通过杂交，释放信号分了这是最能体现DNA开关作用的一种模式。基本原理是可用单链DNA作为封堵剂，在与互补序列结合后脱离（通常是本身折叠形成发卡结构），原先被封装的信号分子，例如荧光染料等得以释放，产化信号。wwww•Fluorescein•BHQ(TTAGGG)nWWW(CCCTAA)nTPTelomerasedNTPsTelomerasemediated01extension,detachment&fluoresceinreleaseCellmembrane图4.DNA荧光开关酶引物序列构成，在

8、癌细胞内,高度表达的端粒酶将01末端延长出图4为钱若灿等设计的一种应用于活细胞内