乙二醛热可逆控制核酸的结构和功能

核酸是生命活动中的最重要的动态生物分子之一。控制核酸的结构和活性可以极大地扩展了其在治疗，生物传感，纳米技术和生物计算中方面的应用潜力。目前已经开发了基于小分子与光激活的方法来激活核酸的性能来对其结构和功能的外部控制，这些方法都能一定程度地控制核酸的活性。但是目前存在的方法仅仅适用于天然核酸，并且通常与聚合酶产生的序列不相容。同时，对核酸的热触发控制仍未开发，在响应性核酸技术中留下了重大空白。

乙二醛是一种在分子生物学中常用的化学变性剂，它与多个核碱基的沃森-克里克表面共价结合。同时乙二醛在高温和弱碱性条件下容易脱保护。因此，使用乙二醛作为核酸笼蔽剂能够逆转加合物的形成和恢复碱基配对的能力。基于此，本文作者开发了一种基于乙二醛与碱基的热可逆相互作用，可控地控制多种核酸支架结构与活性的方法。

首先，作者在模型DNA链上验证了乙二醛能够笼蔽住DNA上的碱基，能够破坏核酸的结构和功能。同时，作者通过调节pH，温度和孵育时间，实现了在最佳条件下可以实现乙二醛的脱笼。紧接着，作者也证明了乙二醛可以影响小分子与适体相互作用以及DNA酶活性的完全抑制。

在该方法成功地应用于天然DNA和RNA的骨架后，作者接下来将该方法应用于非规范性异种核酸支架——苏糖核酸（TNA）和肽核酸（PNA）。与DNA或RNA相比，TNA由重复连接2'至3'磷酸二酯键的苏糖组成，而PNA由氨基乙基甘氨酸单元形成“肽”。由于它们的化学结构，TNA和PNA都对核酸酶具有抵抗力。作者评估了乙二醛的笼蔽对TNA与DNA互补的碱基之间的干扰，利用微尺度热泳（MST）来测量双链体的形成，发现乙二醛的笼蔽可以完全抑制双链体的形成，而从TNA中去除乙二醛加合物，可以观察双链体形成的完全恢复。同时，乙二醛的笼蔽还可以可逆地破坏酶与核酸的相互作用，作者证明了sgRNA的笼蔽可以实现对CRISPR-Cas9活性的可调可逆的控制。

最后，作者将乙二醛的笼蔽应用于提高PCR的特异性中。尽管PCR具有很高的灵敏度和效率，在使用过程中也容易引起脱靶DNA产物的非特异性扩增。这些问题中的许多是由于包括引物二聚体的形成和DNA模板内的非特异性退火的原因造成的，这主要发生在早期PCR循环中的低温步骤中。作者发现乙二醛的笼蔽可以有效破坏核酸杂交，并且在加热条件下可完全逆转，从而防止脱靶引物相互作用并提高总体扩增特异性，有望用于基于高精度PCR的诊断。

总之，这项研究通过提供一种简单有效的方法来对化学合成和酶促产生的核酸进行热响应控制，从而解决了核酸技术中的一个重大空白。此外，乙二醛笼蔽几乎可应用于任何核酸支架，提供了核酸活性控制的通用方法。