國際知名學術期刊《自然·通訊》（Nature Communications）日前在線 發表 了復旦大學生命科學學院、遺傳工程國家重點實驗室甘建華課題組與麻錦彪課題組合作的關于 RNA-cleaving DNAzyme 的研究成果。該研究用 X -射線晶體學方法解析了 8 -17 DNAzyme 與底物類似物的活性復合物結構，首次揭示了 RNA-cleaving DNAzyme 剪切 RNA 的分子機制，為 DNAzyme 的優化設計、基因沉默和臨床治療方面的應用提供了指導。
DNAzyme 是一類具有催化功能的 DNA 分子。同蛋白質和 RNA 催化酶一樣，DNAzyme 能夠催化多種類型的生化反應，并在不對稱催化、生物傳感器、DNA 納米技術以及臨床診斷方面得到了廣泛的應用。具有 RNA 剪切功能的 RNA-cleaving DNAzyme 是發現最早的一類 DNAzyme。因為能夠序列特異性地剪切目標 RNA，導致目的基因的沉默，RNA-cleaving DNAzyme 得到了非常廣泛的關注和研究，并成功地應用于多類臨床疾病的治療。在過去的二十多年中，RNA-cleaving DNAzyme 的機理研究吸引了國際上眾多課題組的關注，但由于核酸晶體生長和衍射的困難，目前 RNA-cleaving DNAzyme 的結構和催化機制仍不明確。
為此，甘建華、麻錦彪以及美國喬治亞州立大學教授黃震研究團隊嘗試了多種不同的方法，并最終借助非洲豬流感來源的 DNA 聚合酶的幫助，獲得了 RNA-cleaving DNAzyme 與底物類似物及催化因子 Pb2+ 離子的高分辨率的復合物結構 (如圖)。復合物結構的原子模型顯示，RNA-cleaving DNAzyme 的活性中心具有一個新穎的 V -shape 構象，Pb2+ 離子則結合在活性中心的一個預先形成的結合口袋中。RNA-cleaving DNAzyme 遵循酸堿催化機制，Pb2+ 離子可以輔助水分子的活化，促進 RNA 底物的降解。除了催化機理外，該研究同樣通過一系列的突變和體外活性驗證，揭示了 DNAzyme 各核苷酸堿基在結構和活性方面的重要性，解釋了該酶剪切 RNA 的分子機制，為進一步開發應用 DNAzyme 以及相關基因疾病診斷治療提供理論指導。
據悉，劉鶴華博士和于翔博士為論文的并列第一作者，復旦大學教授甘建華、麻錦彪以及美國喬治亞州立大學教授黃震為并列通訊作者。該研究得到了復旦大學生命科學學院教授李繼喜、林金鐘以及紐約州立大學教授盛佳課題組的大力支持，并獲得了國家重點研發計劃項目和國家自然科學基金資助。研究團隊在上海同步輻射光源采集了晶體衍射數據，并主要使用復旦大學生命科學學院的國重結構生物學平臺完成了晶體生長、結構修正和相關活性驗證工作。