湖南大学聂舟课题组：首个流体膜上的DNA分子“机器人”驱动细胞运动
图1. DNA“机器人”在细胞表面受体上行走和管理以激活调节细胞迁移信号通路的示意图。
图2. DNA“机器人”在流动膜上的性能。(A)激活的DNA“机器人”在细胞膜上的受体锚定立足点上移动和操作的示意图；（B)不同时间点SLB膜上活性（存在Zn2+）或非活性（不存在Zn2+）DNA“机器人”的共聚焦荧光成像。胆固醇结合的立足点(F/bF, 100 nM)和胆固醇结合的A-TAMRA/BHQ2-bA双链体(A/bA,100 nM)在SLB膜上孵育6分钟，然后添加DNA“机器人”(W)。(C)使用Image J软件获取和分析(B)中随机选择的感兴趣区域(ROI)中荧光强度的时间依赖性增强。数据表示为平均值±S.D(n=5)。(D)细胞膜上活性DNA“机器人”的共聚焦荧光成像，细胞膜上有MET锚定的立足点(Apt-MET-F/bF,100 nM)和MET锚定的基因(ATAMRA-Apt-MET/BHQ2-bA,100 nM）。使用Image J软件呈现和处理不同时间点的代表性细胞图像。(E)由活性DNA“机器人”在细胞膜上的MET锚定立足点和SLB膜上的胆固醇结合立足点上引起的荧光强度的时间依赖性增强。数据表示为平均值±S.D(n=5)。
图3. “DNA”机器人运动的超分辨率可视化和计算机模拟。（A)dSTORM超分辨率图像是通过在全内反射照明模式下为每个快照在5分钟内重建5000帧获得的。重建图像由SR-Tesseler软件分析。(B)dSTORM超分辨率成像和纳米域分析。比例尺：200 nm。(C)单个细胞上纳米域的尺寸分布。大约80%的纳米域尺寸在100-300 nm之间。(D)dSTORM成像分析DNA“机器人”在细胞膜上运动过程中不同时间点的运动。“机器人”浓度为1 nM，F和A浓度为100 nM。反应温度为37℃。SR-Tesseler软件用于分析纳米域的定位和密度图。比例尺：200 nm。(E)纳米域面积随时间的变化。在每个时间点总共分析和量化了50个纳米域。显示平均值±四分位距。(F)DNA“机器人”在运动过程中不同间隔内的运动扩散速度。数据表示为平均值±S.D(n=5)。**p<0.01，***p<0.001。(G)使用蒙特卡罗模型对特定纳米域中DNA“机器人”运动的时间相关模拟。三个典型的DNA“机器人”超过30分钟的运动被跟踪并用不同的颜色描绘。(H)dSTORM成像中“开启”分子密度超时的模拟趋势与量化分子密度的实验数据的比较。数据表示为平均值±S.D(n=20)。
图4. DNA“机器人”启用的细胞信号转导调节细胞运动的超灵敏调制。(A)用于激活MET/AKT信号调节细胞迁移的运动DNA“机器人”的示意图。(B)使用指定处理的A549细胞裂解物中MET磷酸化(Y1234/1235)的蛋白质印迹。α微管蛋白用作内参。F和A浓度为50 nM。反应温度为37℃。(C)与用F/A双链体处理的细胞相比，“机器人”启用的MET磷酸化的放大激活。(B)中条带的量化强度分别归一化为“机器人”(0.2 nM)和F/A双链体(10 nM)的浓度。(D)使用指定处理的A549细胞裂解物中MET磷酸化和AKT磷酸化(S473)的蛋白质印迹。α-微管蛋白用作内参。(E)左图，用mCherry-actin 质粒转染的代表性 A549细胞中Cherry-actin细胞骨架的活细胞荧光成像。比例尺：10 μm。右图，左图指示线中肌动蛋白形成的量化。(F)用激活的“机器人”(0.2 nM)或F/A双链(10 nM)处理的DU145细胞的迁移轨迹。(G)激活的“机器人”促进细胞迁移的迁移速度的定量分析。数据表示为平均值±S.D(n=20)。***p<0.001。
图5. DNA“机器人”支持的正交细胞操作。U251细胞分别在共培养装置中的两个相对室中培养，并分别受到Zn2+响应“机器人”(0.2 nM)和组氨酸响应“机器人”(0.2nM)的调控。在光学显微镜下在37℃下监测两种细胞群在指定条件下的伤口愈合行为，持续10小时。Zn2+响应“机器人”调节的细胞用Hoechst（绿色）染色，组氨酸响应“机器人”调节的细胞用Mito-tracker（蓝色）染色。捕获并呈现荧光图像。比例尺：50 μm。在不同条件下量化Zn2+响应“机器人”调节细胞和组氨酸响应“机器人”调节细胞的移动距离。数据表示为平均值±S.D(n=10)。
参考文献：
Hao Li, Jing Gao, Lei Cao, Xuan Xie, Jiahui Fan, Hongda Wang, Hong-Hui Wang, Zhou Nie, A DNA Molecular Robot Autonomously Walking on the Cell Membrane to Drive the Cell Motility, Angew. Chem. Int. Ed. 2021, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202108210.