分子医学研究院杨洋团队发展仿病毒DNA纳米框架分子工具

分子医学研究院杨洋团队发展仿病毒DNA纳米框架分子工具

(通讯员徐芸芸) 2022年11月15日,上海交通大学医学院分子医学研究院杨洋研究员团队在Angewandte Chemie International Edition (IF=16.823) 以An Infectious Virus-like Particle Built on a Programmable Icosahedral DNA Framework为题发表文章。开发了一种正二十面体核酸框架,将来源于phiX174噬菌体的基因组环状单链DNA包装于内部空间,从几何形式与物理化学机制上模拟了噬菌体的形态和包装过程。并且实现了对密闭空间内单链DNA的分子生物学操作,探索了其对大肠杆菌的被动侵染能力。

该工作构建了一个具有较强刚性的正二十面体DNA折纸结构,每条边由4条DNA双螺旋组成,直径约43nm,在其内表面通过设置连续的单链锚定序列进行单链DNA的结合与捕获,使得二十面体可以1:1地高效包装ΦssDNA。利用DNA消化酶切实验,以及滚环复制实验,验证了成功包装后的二十面体内部空间允许酶自由进入,并对其内的ΦssDNA进行分子生物学操作。另外发现与IDF-Φ组装体共孵育的E. coli可以产生噬菌斑,虽然机制尚未完全明确,但其作为一种载体,极大地丰富了人工噬菌体模拟结构在临床上的潜在应用。

分子医学研究院博士生徐芸芸为该论文第一作者,杨洋研究员为该论文通讯作者。该工作得到科技部重点研发计划课题、国家自然科学基金委面上项目等支持。

论文链接:https://doi.org/10.1002/anie.202214731

图1:仿病毒框架核酸包装噬菌体基因组

2022年11月10日,杨洋研究员团队与厦门大学宋彦龄教授团队合作在JACS (IF=15.419)以Elucidating the effect of nanoscale receptor-binding domain organization on SARS-CoV-2 infection and immunity activation with DNA origami为题发表文章。

该工作通过DNA折纸技术构建了具有空间精确Spike蛋白/受体结合域(RBD)排布的SARS-CoV-2病毒样颗粒(SARS-CoV-2 VLP)以模拟天然病毒。通过CoV2-4C核酸适体引导,将RBD排布在足球状的DNA框架上,进行SARS-CoV-2 VLP和受体细胞的结合动力学、热力学性质的系统分析。研究发现,SARS-CoV-2 VLP和宿主细胞结合的亲和力、结合速率随着RBD数目的增加而增加;RBD集中分布比均匀分布具有与宿主细胞更强、更快的结合热力学和动力学特征。此外,免疫激活程度并不随着RBD个数增加而线性增加,20个均匀分布的RBD就能实现巨噬细胞高达86%的免疫激活。这项工作为研究SARS-CoV-2感染机制和类病毒颗粒疫苗的免疫激活提供了一个新工具。

厦门大学博士生张佳露和分子医学研究院博士生徐芸芸为论文的共同第一作者。

论文链接:https://doi.org/10.1021/jacs.2c09229

图2:仿病毒框架核酸与细胞相互作用介导细胞免疫

上述两个工作的发表,彰显了DNA框架结构有潜力成为开发下一代基因编辑或核酸疫苗策略的优秀细胞内化和药物递送装置,并且能构建具有空间精确抗原排布的类病毒颗粒,助力蛋白纳米排布对新冠等病毒感染和免疫激活影响的研究,为仿病毒装置的分子医学应用提供重要参考。