清华大学刘冬生教授、国家纳米中心杨雨荷研究员合作 JACS：亚稳定基元组装过程的协同增强作用研究

2022-11-17 来源：高分子科技

串联的亚稳定互补基元在生命过程中发挥着重要作用，有限的稳定性为这些结构的表征带来很大困难。亚稳定基元在核酸分子折叠过程中和高分子的组装过程中的贡献是组装领域的重要挑战。

图1 序列精确DNA-OEG 共聚物组装行为研究

近期，清华大学化学系高分子所刘冬生教授、国家纳米中心杨雨荷研究员团队利用固相合成的序列精确DNA-OEG 共聚物设计了一个单变量的模型系统，该共聚物由具有回文序列的 ssDNA 片段和与DNA完全无相互作用的寡聚四乙二醇（OEG）连接子（图2）。通过分别改变 DNA 单元 (6-12 nt) 和 OEG 连接子(Xn = 0-4) 的长度，系统地研究了串联互补基元的稳定性和连接子的柔性对组装过程和最终的组装结构产生的影响。通过将实验表征方法和分子模拟理论分析结合，成功表征得到多种组装构象（主要是单体、二聚体和簇）的分布。实验和理论结果一致表明，由于二聚体中两组互补基元间的协同增强效应，串联的亚稳定互补基元倾向于形成单一的闭合环状二聚体而不是更大的组装体，同时每个构象的分布多少依赖于OEG连接子的柔性（图3）。这项研究工作对亚稳定基元在组装过程中研究建立了新模型，提供了新方法和新思路，系统研究了相互作用强度（稳定性）和连接子柔性对共聚物自组装行为的独立贡献，为核酸折叠和高分子组装过程调控提供了参考依据。该工作以“Studies on the Synergistic Effect of Tandem Semi-Stable Complementary Domains on Sequence-Defined DNA Block Copolymers”为题发表在《J. Am. Chem. Soc.》上（J Am Chem Soc 2022, doi.org/10.1021/jacs.2c08930）。文章第一作者是清华大学化学系博士研究生李鑫。该研究得到国家自然科学基金委的支持。

图2 序列精确DNA-OEG 共聚物的合成、组装和分子模拟

图3 不同序列精确DNA-OEG 共聚物的组装结构（单体、二聚体和簇）分布与熔点表征

该工作是团队近期关于串联亚稳定基元与DNA组装相关研究的最新进展之一。聚合物体系的不均一性（如分子量分布，组成差异等）往往给定量研究带来极大困扰。因此，基于固相合成的序列精确DNA-OEG共聚物提供了解决方法，并为组装过程的研究提供了良好的模型。突破性的进展在于将组装体分布与协同效应关联在一起，并通过检测熔点证明协同增强效应在亚稳定基元的组装过程中的重要作用。在此基础上，加深了对于组装基元的稳定性（组装强度）和柔性如何影响自组装过程的认识。在最近这段时间，团队还针对DNA水凝胶的结构进行了实验和理论模拟，为DNA水凝胶的结构、强度和通透性等提供了实验依据和理论支撑（J Am Chem Soc 2022,144, 19017）。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c08930

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（责任编辑：xu）

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