Orthogonale Demethylase-aktivierte Deoxyribozyme für intrazelluläres Imaging und Genregulation

Die epigenetische Modifikation von Nukleinsäuren stellt einen vielseitigen Ansatz dar, um eine hocheffiziente Kontrolle über die Genexpression und Transkription zu erreichen und könnte deren Biosensor- und therapeutische Anwendungen dramatisch erweitern. Die Demethylase-vermittelte Entfernung von N6-Methyladenin (m6A) stellt eines der entscheidenden epigenetischen Reprogrammierungsereignisse dar, doch deren direkte intrazelluläre Evaluierung und die damit geführte Genregulation sind extrem selten. Das endonuklease-nachahmende Deoxyribozyme (DNAzyme) ist ein katalytisch aktives DNA-Molekül, das die ortsspezifische Spaltung des RNA-Substrats ermöglicht, und verschiedene Strategien haben durch chemische und Lichtstimuli eine hervorragende Reaktionsfähigkeit des DNAzymes vermittelt. Allerdings bleibt die epigenetische Regulation des DNAzymes weitgehend unerforscht, wodurch eine bedeutende Lücke in der reaktionsfähigen DNA-Nanotechnologie bleibt. Hier berichten wir über ein epigenetisch reaktionsfähiges DNAzyme-System durch die in vitro-Selektion eines exquisiten m6A-eingekapselten DNAzymes, das spezifisch durch die FTO-Demethylierung (fettmasse- und adipositasassoziiertes Protein) aktiviert werden kann, um präzise intrazelluläre Imaging-gesteuerte Genregulation zu ermöglichen. Basierend auf einer systematischen Untersuchung wurde die aktive DNAzyme-Konfiguration durch die ortsspezifische Incorporation der m6A-Modifikation erheblich gestört und anschließend wieder in die intakte DNAzyme-Struktur über die einstellbare FTO-spezifische Entfernung von m6A-einkapselnden Gruppen unter einer Vielzahl von Bedingungen hergestellt. Dieser orthogonale Demethylase-aktivierte DNAzyme-Verstärker ermöglicht eine robuste und genaue Überwachung von FTO und seinen Inhibitoren in lebenden Zellen. Darüber hinaus erleichtert das einfache demethylase-aktivierte DNAzyme die Assemblierung einer intelligenten selbstadaptiven Plattform zur Genregulation zur Herunterregulierung der Demethylase mit dem ultimativen Zelltod von Tumorzellen. Als einfacher und narbenfreier m6A-Entfernungsansatz bietet das demethylase-aktivierte DNAzyme-System eine vielseitige Toolbox für programmierbare Genregulation in der synthetischen Biologie.