近日，我校程明攀教授课题组在核酸研究领域国际著名期刊Nucleic Acids Research上发表题为i-Motif DNA Molecular Beacon for MicroRNA Detection的研究论文。工学院2022级博士研究生罗腾硕为论文的第一作者，程明攀教授为论文的通讯作者，中国药科大学为论文的唯一通讯单位。
核酸分子信标（Molecular Beacon）因其具有结构简单、背景信号低、高敏感度和特异性，是一类重要的核酸检测探针分子。其具有发卡状的茎环结构，茎结构通常由反向互补配对的双链DNA构成，单链的环区域是主要目标识别单元。分子信标结合目标分子，分子刚性的增加，双链茎结构解链，进而产生信号。
i-Motif是由富含胞嘧啶序列折叠形成的四链体核酸结构。i-Motif结构基础是相互堆积的半质子化胞嘧啶-胞嘧啶碱基对。不同于双链，i-motif结构稳定性与环境pH密切相关。i-Motif DNA在染色体关键位置，比如端粒末端和癌症相关基因启动子广泛存在，具有维持染色体稳定性和调节基因表达的重要功能；另一方面，作为环境敏感型核酸，它可作为动态DNA生物纳米技术的基本结构单元，应用于药物可控释放和生物传感。程明攀课题组在i-motif DNA结构多样性和稳定性研究方面具有丰富的研究经验（JACS, 2021；Angew, 2021）。
近日该课题组报道了首例基于i-motif DNA结构的分子信标（iMB），并成功将其应用于癌症标志物microRNA（miRNA）的检测。在本研究所设计的iMB结构中，i-motif作为分子信标茎区域，既是结构框架又是pH传感器，其三个环区域单链则作为识别单元直接参与目标miRNA的结合。为了解决环境pH和温度同时影响iMB结构稳定性的问题，该研究利用核酸相图分析法来优化和阐明靶标miRNA和iMB之间的动态结合平衡，实现了核酸的高灵敏和特异性检测。此外，研究发现iMB对核酸酶具有降解抗性，利用这种性质设计了一种等温信号扩增技术，进一步提高检测灵敏度。最后，将iMB应用于模型细胞和癌症血液样本的miRNA检测，结果显示其与经典的RT-qPCR检测性能接近。
这项研究得到了巴黎综合理工学院Jean-Louis Mergny，南京大学周俊教授和中国药科大学工学院刘云龙副教授的指导与帮助。该工作得到国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、江苏特聘教授、江苏省前沿技术研发计划、江苏省双创团队和我校高层次人才计划的支持。
全文链接：https://doi.org/10.1093/nar/gkaf556。
i-Motif分子信标与microRNA结合相图
（供稿单位：工学院生物医学工程与诊断药学系）