脱氧核酶的研究进展
酶工程第6章-脱氧核酶2012
图； 9.转染48h； 10. 转染60h； 11. 转染60h后的阴性对
照； 12. 转染72h。
利用核酶或脱氧核酶抑制有害基因的基本原理
对医疗应用来说最主要的还是寻找那些具 有切割特定RNA顺序的核酶，从而可以在体 内抑制某些有害基因。
基因治疗的概念出现在二十几年前，现在已 经在临床上得到了实际应用。基因治疗最早的临 床研究是1990年Blaese 等进行的对腺苷脱氨酶 (ADA)缺乏症的治疗，随后在对遗传病、病毒侵染、 肿瘤等疾病的治疗中得到广泛的应用。中国也是 开展基因治疗比较早的国家，1991年薛京伦等开 展了血友病B基因治疗的临床实验，并取得比较理 想的效果。
结构稳定。生理条件下DNA比RNA稳定106 倍，DNA的磷酸二酯键比蛋白质的肽键抗 水解能力要高100倍。
成本低廉、易于合成和修饰。 脱氧核酶具有催化效率高和高度专一性等
特性。
脱氧核酶(Deoxyribozyme，DRz)的分类
分类依据：借鉴国际酶学委员会对蛋白酶 的分类方法，将DRz 分成4 类:水解酶、转移 酶、合成酶和氧化酶 具有水解酶活性的DRz 1、作用于RNA 的DRz 主要包括水解RNA的“10-23”、“8-17”DRz。
手枪形脱氧核酶自我剪切作用机理
切割点
10
5‘ 20
3‘ C A
茎I(结合部位)
40
茎II (催化部位) 30
手枪形结构脱氧核酶的自身切割位点在第14nt处，其3’端约27个碱基对自身切割活 性的发挥至关重要。
“二分”型结构脱氧核酶
基于脱氧核酶的新型铅离子荧光探针
相连 ， 得到 了一种新型的对 Ｐ “敏感的荧光探针 ．由于 Ｄ Ａ ｙ ｅ ｂ Ｎ ｚｍ 与底物链发 生分子 内杂交 ，荧光基 团与猝 灭基团相互靠近 ， 导致荧光猝灭．当 Ｐ “存在时 ， Ｎ ｚｍ ｂ Ｄ Ａ ｙ ｅ被激 活 ， 物链被切断后释放出荧光基 团标记 的 底
Ｄ Ａ片段 ， Ｎ 从而产生明显 的荧 光信 号．据此 可在 常温下 快速 检测 Ｐ “ ，检 测下 限为 １ ｍ ＷＬ ｂ ０ ｎ ｏ ．在 ｚ “ ， ｎ
ＤＮＡ ＿Ｊ ８
其酶活性与某些金属离子密切相关 ， 具有易于合成和修饰 、 稳定性好及对环境污染小等特点， 使其 在金 属离 子 检 测 中 的应 用 备 受 关 注 ＿ ，其 中较 为 典 型 的 是 Ｌ ９ ｕ等 ］ 用 对 Ｐ ¨敏 感 的 １Ｅ １利 ２ ｂ ７
，
Ｄ Ａ ｙ 检测 Ｐ ．该方 法是 在 １ Ｅ Ｄ Ａ ｙ 上标 记 荧光猝 灭基 团 ， 之与 Ｄ Ａ ｙ ｅ杂交 的底 物链 Ｎ ｚｍｅ ｈ ７ Ｎ ｚｍｅ 使 Ｎ ｚｍ
维普资讯
Ｖ０ ． ８ １２
２００７ 年 ｌ ２月
高 等 学 校 化 学 学 报
ＣＨＥＭＩ ＣＡＬ Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＨＩ Ｓ ＮＥ Ｅ ＵＮＩ ＶＥＲＳＴ Ｅ ＩＩＳ
Ｎｏ １ ．２
２ ７ ～２ ７ ２０ ２ ３
Ｍｎ “
，
ｃｏ “
，
ｃｄ “
，
ｃｕ “
，
Ｍｇ 和 Ｎ 等多种二 价金属离子 中 ， ｚ “ ， 和 ｃ 略有干扰外 ， ｉ 除 ｎ Ｍｎ ｄ 其它几
种金属 离子均无 响应 ， 表明该荧 光探针对 Ｐ “具 有 良好 的选择性． ｂ 关键词 １Ｅ脱氧核酶 ； ； ７ 铅 荧光 ０ ５ ．９ ６７ ３ 文献标识码 Ａ 文章编号 ０ ５ －７０ ２０ ）２２ ７ －４ ２ １ ９ （０ ７ １— ０ ０ ２ ０
脱氧核酶化学本质
脱氧核酶化学本质脱氧核酶是一类具有催化DNA分子酶解反应能力的酶，它在细胞内起着至关重要的作用。
脱氧核酶可以通过降解、修复和重组等方式，对DNA分子进行加工和改变。
本文将从化学角度探讨脱氧核酶的本质。
脱氧核酶主要由蛋白质组成，其中包含着催化酶解反应的活性位点。
这些活性位点能够与DNA分子特定的结构进行识别和结合，从而引发酶解反应的发生。
脱氧核酶的本质在于其能够识别和切割DNA 分子中特定的碱基序列，从而实现对DNA分子的修复和改变。
脱氧核酶的酶解反应主要包括两个步骤：识别和切割。
在识别阶段，脱氧核酶通过与DNA分子中的碱基序列进行配对，确定特定的切割位点。
脱氧核酶能够识别并结合单链或双链DNA分子中的特定序列，如限制酶能够识别并切割双链DNA分子中的限制性内切酶位点。
在切割阶段，脱氧核酶通过催化酶解反应，将DNA分子切割成两个或多个片段。
切割的方式可以是剪切、切除或切断，具体取决于特定的脱氧核酶。
例如，核酸内切酶能够在特定的碱基序列上切割DNA分子的磷酸二酯键，从而形成两个断裂的DNA链。
脱氧核酶的酶解反应通常需要在适宜的环境条件下进行。
pH值、温度和离子浓度等因素都会对酶解反应的进行产生一定的影响。
此外，脱氧核酶的活性也受到其他分子的调控，如辅因子和抑制剂等。
脱氧核酶的化学本质是通过催化酶解反应来实现对DNA分子的修复和改变。
脱氧核酶能够识别和结合特定的碱基序列，并在特定的条件下，通过催化酶解反应将DNA分子切割成片段。
这些片段可以进一步用于DNA修复、重组或其他生物学过程中。
脱氧核酶是细胞内重要的分子工具，它在DNA修复、基因重组和基因表达调控等过程中发挥着重要的作用。
对脱氧核酶化学本质的深入研究，有助于我们更好地理解DNA分子的结构和功能，也为基因工程和生物技术的发展提供了理论基础。
通过进一步的研究和探索，相信脱氧核酶的化学本质将为我们揭示更多关于DNA分子的奥秘。
脱氧核酶的研究进展
脱氧核酶的研究进展脱氧核酶（deoxyribozyme，DNAzyme/ Dz）是利用体外分子进化技术合成的一种具有催化功能的单链DNA片段，具有高效的催化活性和结构识别能力。
实质上, Dz也是一种反义寡聚核苷酸,它完善和补充了反义寡聚核苷酸药物的范围。
自Breaker和Cuenoud等首先报道Dz功能以来, Dz的结构和催化活性已扩展到多样化,而研究的热点及应用最多的还是Dz10~ 23和Dz8~ 17两种。
关于Dz的优点在这里就不一一介绍了，简单说明下即可。
Dz为DNA片段, 非蛋白质,仅能由人工合成,非生物体组成成分,分子量小, 易于合成,稳定性高, 不仅与RNA底物配对的精确性高,RNA分解酶活性强,而且不需要胞内酶类的参与。
此外, Dz具有与一般药物相似的动力学特点,对靶RNA水平的抑制程度及时间容易控制, 这就决定了Dz在医药和生物学上的不可取代性和开发的必要性。
下面我着重来介绍下Dz在几大领域的研究进展：1 生物学方面Dz作为一种工具酶, 应用它可以在细胞水平从事基因敲除实验, 即特异性地失活某一基因, 借以观察该基因在细胞生理、生化中的作用,探测基因功能。
由于Dz对DNA 和RNA具有多重作用,它将在基因工程和DNA的直接修饰中作为一种有力的分子生物学工具。
在生物进化上,Dz和核酶催化功能的发现, 改变了核酸是一种被动分子,仅适合于编码和携带遗传信息这一观念。
由于RNA具有催化反应和储存信息双重功能, 故当前生命起源理论强调RNA 的原始作用。
然而, 现在很清楚, DNA、可能还有其他的多聚核苷酸, 也能完成此两项功能, 由于DNA的相对稳定性, 所以了解脱氧核苷酸的生物前合成途径在生物进化上显得较为重要,即使非高效的途径,经过一定时间, 也可引起高浓度的寡聚脱氧核苷酸聚集。
2 医药方面由于Dz的众多优点, 其已成为分子生物医学和新药开发的热门话题。
在已知靶基因序列, 且了解该基因在致病过程中的作用的前提下,设计出相应的Dz,可以对疾病进行基因治疗。
10-23脱氧核酶的生物催化功能研究进展
Ａｄ ａ ｃ ｓ ｉ ｓ ａ ｃ ｆｔ ｏ ａ ａ ｙ ｉ ｔｖ ｔ ｆ１ ・ ２ ｅ ｘ ｒ ｂ ｚ ｍ ｅ ｖ ｎ ｅ ｎ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｈｅ Ｂｉ ｃ ｔ ｌ ｔｃ Ａｃ ｉ ｉｙ ｏ ０ － ３ ｄ ｏ ｙ ｉ ｏ ｙ ・
Ｚ ＥＮＧ ｎ，ＬＩ Ｇａ ｇ，ＬＩ Ｙｕ Ｕ ｎ ＮＧ ｏ ｄ ｎ Ｂａ － ｏ ｇ
ｑ ｎ ｅ ｙ ｓｌ ｃｉ ｎ ｔ ｃ ｎｉｕｅ ｉ ｉ ｏ． １ —２３ ＤＲｚ ｈ ｖ ｉ ｈ ｂｉｃ ｔｌｔｃ ａ ｔｖｔ ｎ ｅ ｕｅ ｃ ｐ ｃｆｃｔ ｇ ｉ ｔｔ ａｇ ｔｍＲＮＡ ｕｅ ｃ ｓｂ ｅｅ ｔｏ ｅ ｈ ｑ ｎ ｖｔ ｒ ０ ａ ｅ ｈ ｇ ｏ ａａｙ ｉ ｃ ｉｉｙ ａ ｄ ｓ ｑ ｎ ｅ ｓ ｅ ｉ ｉｙ ａ ａｎｓ ｈｅ ｔ ｅ ｉ ｒ
ａ ｄ ｔ ｕ ｎ ｉ ｉ ｔ ｅ ｇ ｎ ｘ ｒ ｓ ｉｎ ａ ｎ ｈ ｓ ｉｈ ｂ ｔ ｈ ｅ ｅ ｅ ｐ ｅ ｓｏ ｔｍＲＮＡ ｌｖ １ ｏ ｉ ｒ ａ ｏ ０ —２ ｅ ｅ ．Ｆ ｒｔ ｓ ｅ ｓ ｎ １ ｈ ３ ＤＲｚｍａ ｅ ｅ ｐ ｃｅ ｏ ｂ ｅ ｅ ｅ ｔ ｅ ａ ｅ ｔ ｏ １ ｙ ｂ ｘ ｅ ｔｄ ｔ ｅ ａ ｎ ｗ ｇ ｎ ｈ ｒ ｐ ｕ ｉ ｔ ｏ ． ｃ Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：１ ０—２ ｅ ｘ ｒ ｏ ｙ ；Ｃ ｔｌ ｔ ｃ ｉｉ ；Ｇｅ ｅ ｔ ｅ ａ ｙ ３ ｄ ｏ ｙｌ ｚ ｍｅ ｂ ａａ ｙｉ ａ ｔ ｔ ｃ ｖｙ ｎ ｈ ｒ ｐ
酶 和发卡 型核 酶 。
Ｄ Ａｙ ｅ ¨ Ｊ Ｎ ｚｍ ） 。现在 ， Ｒ Ｄ ｚ已广 泛 被认 为是 有 催 化 活性 的单 链 Ｄ Ａ分 子 。 Ｎ 。本 文 对脱 氧核 酶 催 化 功 能 等研究 进展 进行 了综 述 ： ｌ Ｄ ｚ的分类 及性 质 Ｒ 近年来 对 Ｄ Ａ核 酶 不 同催 化 表 位 进 行 了 大 量 Ｎ 的研究 ， 现 了 Ｄ Ａ核酶 的许 多新 的底 物与新 的化 发 Ｎ
脱氧核酶
（三 ）蛋白质-RNA复合酶(RNaseP)
蛋白质-RNA复合酶主要催化tRNA前体成熟过 程。
例如S. Altman和N. Pace两个研究组合作发现的 大肠杆菌tRNA5’成熟酶。
蛋白质-RNA复合酶酶由蛋白质和M1RNA 两个组分构成． ——蛋白质的分子量为20kDa， ——M1RNA含有377个核苷酸。 M1RNA单独具有全酶活性， 蛋白质只是维护M1RNA的构 象。
第八章 核酶和脱氧核酶
概述 作用 核酶和脱氧核酶 结构 修饰、导入及表达 分类
应用
上世纪80年代初 Cech和Altman各 自独立地发现
RNA 生物催化功能 酶蛋白质 只有蛋白质才能 有催化功能
20世纪30年代
？
第一部分 核酶概述
核酶的发现
• 1968年Francis Crick在他的论文“基因密码 的起源”一文中提到“可能第一个酶是具有 复制能力的RNA”时，没有人予以注意。 • 20年后，在1987年第52届冷泉港定量生物学 国际讨论会上Alan Weiner做会议总结时又 重复了20年前Francis Crick的话，会议注意力 已集中到最近发现的具有酶活性的RNA分子 上。
2、脱氧核酶的发现
1994年，Gerald FJ.等报道了一个人工合成 的35bp的多聚脱氧核糖核苷酸能够催化特定的核糖 核苷酸或脱氧核糖核苷酸形成磷酸二酯键，并将这 一具有催化活性的DNA称为脱氧核酶或DNA酶。 1995年，Cuenoud等在Nature报道了一个具有 连接酶活性的DNA，能够催化与它互补的两个DNA 片断之间形成的磷酸二酯键。迄今已经发现了数十 种脱氧核酶。
第六部分 核酶/脱氧核酶的应用
1、在基础研究领域中的应用
2、在医学领域的应用 3、在农业等其他领域的应用
脱氧核酶分析
作用
概述
分类
核酶和脱氧核酶
结构
应用
修饰、导入及表达
RNA 酶蛋白质
上世纪80年代初 Cech和Altman各
自独立地发现
生物催化功能
20世纪30年代
？ 只有蛋白质才能 有催化功能
第一部分 核酶概述
核酶的发现
• 1968年Francis Crick在他的论文“基因密码 的起源”一文中提到“可能第一个酶是具有 复制能力的RNA”时，没有人予以注意。
核酶自身剪切反应
2、剪接型核酶
——实现mRNA前体自我拼接，具有核酸 内切酶和连接酶两种活性。
剪接型核酶
I类内含子
II类内含子
（一） 锤头型核酶
R. Symons等在比较了一些植物类病 毒、抗病毒和卫星病毒RNA自身剪切规律
后提出锤头结（hammerhead structure） 状二级结构模型。
剪切型 核酸酶
异体催化剪切型或 分子间催化剪切型
核酸酶
自身催化剪切型或 分子内催化剪切型
核酸酶
剪接型 核酸酶
似乎最有应用前景，因为人们 对它的剪切机制和分子结构要 求已经有所了解，可以针对病 毒核酸、不良基因或恶性基因 进行人工设计、合成相应的各 种RNA或DNA片段作为核酸酶基 因，定向地剪切病毒核酸或不 良基因以及它们的转录中间产 物，抑制它们的表达，进行疾
polⅡ是天然合成mRNA启动子，它可以组 织特异性地表达核酶，但polⅡ系统表达产物 含有一个多余的编码序列。polⅢ系统启动 tR-NA的天然合成，适用于短RNA的表达，只 产生很短的额外系列。表达水平至少比polⅡ 系统高一个数量级。常用的polⅢ系统启动子 有tRNA和腺病毒VA1等启动子。
8-17脱氧核酶序列
8-17脱氧核酶序列脱氧核酶(Deoxyribozyme)是一种具有催化活性的RNA分子，它可以识别并切割特定的DNA序列。
脱氧核酶在生物体内具有多种生物学功能，如基因表达调控、DNA修复和RNA干扰等。
了解脱氧核酶的序列对于研究其结构和功能至关重要。
脱氧核酶的序列通常由多个核苷酸组成，包括RNA链和DNA链。
RNA链由四种核苷酸(A、U、G、C)组成，而DNA链由四种核苷酸(A、T、G、C)组成。
脱氧核酶的序列通常包含一段双链DNA区域，这段区域可以与特定的DNA序列结合并进行切割。
脱氧核酶的序列设计需要考虑多种因素，如底物特异性、催化效率和稳定性等。
为了实现这些目标，研究人员通常会使用计算机辅助设计(CAD)软件来优化脱氧核酶的序列。
这些软件可以帮助研究人员在大量可能的序列中找到最佳的候选者，从而提高实验的成功率。
在设计脱氧核酶序列时，研究人员通常会遵循以下原则：1. 底物特异性：脱氧核酶需要能够特异性地识别并切割目标DNA序列。
因此，在设计序列时，需要确保脱氧核酶能够与目标DNA 序列形成稳定的氢键和碱基配对。
2. 催化效率：脱氧核酶需要具有较高的催化效率，以便在短时间内完成目标DNA的切割。
为了提高催化效率，研究人员通常会选择具有较高亲和力的底物和较长的催化核心区域。
3. 稳定性：脱氧核酶需要具有一定的稳定性，以便在实验过程中保持活性。
为了提高稳定性，研究人员通常会选择具有较高抗核酸酶降解能力的底物和结构稳定的催化核心区域。
4. 适应性：脱氧核酶需要具有一定的适应性，以便在不同的实验条件下保持活性。
为了提高适应性，研究人员通常会选择具有较低突变率的底物和结构灵活的催化核心区域。
总之，脱氧核酶序列的设计是一个复杂的过程，需要考虑多种因素以实现其生物学功能。
通过计算机辅助设计和实验验证，研究人员可以优化脱氧核酶的序列，从而提高其在生物医学领域的应用价值。
DNAzyme在疾病治疗中的应用研究进展
收稿日期:2014-03-12基金项目：内蒙古自治区高等学校科学技术研究项目（NJZY12119）；内蒙古自然科学基金项目（2013MS0403）作者简介：刘燕(1979-)，女，内蒙古化德人，讲师，硕士，研究方向：分子细菌学。
经典酶学说，一直认为“酶都是蛋白质”，直到1987年，Cech 等首次发现了具有酶催化活性的RNA ，并提出“核酶（ribozymes ）”这一概念，才推翻了原有的认识。
脱氧核酶则是1994年由Breaker 等发现并提出，1995年Cuenoud 等进一步在Nature 报道了具有连接酶活性的DNA 分子。
随着体外分子进化技术(systematic evolution of ligands by exponential enrichment,SELEX)的发展，第一个通用的具有多种酶活性的脱氧核酶于1997年由Santoro 等从大量DNA 文库中筛选出来的，命名为10-23型脱氧核酶。
由于脱氧核酶相比核酶更容易合成与操作，与RNA 干扰技术一样可以使目的基因“沉默”，因此，近年来越来越受到研究者的关注，并在多个领域显示出了独特的作用，成为核酸研究史上的重大发现。
1DNAzyme 抗病原微生物作用机理DNAzyme 具有多种催化功能，它对RNA 和DNA 既有切割活性，也有连接活性，还具有一定激酶活力，N-糖基化酶活性，可催化卟啉环金属螯合反应等。
但DNAzyme 的抗疾病作用主要在于它的切割活性。
1.1DNAzyme 的分子结构DNAzyme 由三部分组成，左右两端各有几个脱氧核苷酸构成与底物的结合区，这种结合是按照Waston-Crick 碱基配对原则与靶分子作用的，且不同的碱基序列可结合不同的底物分子，这构成了DNAzyme 的高度特异性；在两个结合区域中间是催化核心，一般是环状或发夹结构，由数个脱氧核苷酸组成。
两个结合区与底物分子特异的结合后，再由催化中心的脱氧核苷酸进行切割。
利用脱氧核酶调控基因表达的DNA计算模型研究
”（ ｐ ｒｍｅ ｔ ｆ Ｂ ｏ ｄ ｃ ｌ ｎ ｉｅ ｒ ｇ， ｃ ｏ ｌ ｆ Ｌｉ ｅＳ ｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏｏ ｙ，Ｂ ｉｉｇ Ｉ ｓｉ ｔ ｏ ｅｈ ｏｏ ｙ， ｅｊｎ １ ０ ８ ） Ｄｅ ａ ｔ ｎ ｉｍｅ ｉａ ｇ ｎ ｅ ｉ ｏ Ｅ ｎ Ｓ ｈ ｏ ｆ ｃｅ ｅａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｎ ｅｊｎ ｎ ｔ ｕｅ ｆ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ Ｂ ｉｉｇ ｔ ０ ０ １ （ ｕ ｄ ｍ ｎａ ｅｅ ｒｈ Ｍａ ａ ｅ ｅ ｔ ｅ ｔｒ ｆ Ｍｉ ｉ ｒ ｆ Ｓ ｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏｏ ｙ ｏ ｈ ｎ Ｆ ｎ ａ ｅ ｔｌ ｓａ ｃ ｎ ｇ ｍ ｎ ｎｅ ｎ ｓ ｙ ｏ ｃ ｎ ｅ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｆ Ｃ ｉａ，Ｂ ｉ ｎ １ ０ ６ ） Ｒ Ｃ ｏ ｔ ｅ ａ ｅ ｉ ｇ ０ ８ ２ ｊ
ｆｅｄ ｏ ｉｌ ｆＤＮＡ ｏ ｐ ｔｎ ｃ ｍ ｕ ｉ ｇ．Ｉ ｈ ｓ ｐ ｐｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｒ，ｗｉｈ ｉｓ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉ ｓ ｅ ｉ ｌｙ ｂ ｉ ｎ ｉｅ ｓ ｄ ｃ — ｔ ｔ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｅ ｐ ｃａ ｌ ｅｎｇ ａ ｔｓ ｎ ｅ ｍｅ ｉａ
。 （ ｉ ｏ ｉ ｇＫｅ ａ ｏ ａｏ ｙ ｏ ｎ ｅｌ ｅ ｔ ｎ ｏ ｍ ｔ ｎ Ｐｒｃ ｓｉｇ，Ｄ ｌ ｎＵ ｉ ｅｓｔ Ｌ ａ ｎ ｎ ｙ Ｌ ｂ ｒ ｔｒ ｆ Ｉ ｔｌｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｉ ｏｅ ｓ ｇ Ｉ ｏ ｎ ａ ｉ ｎ ｖ ｒｉ ａ ｙ，Ｄａｉ ｎ Ｌ ａ ｎ ｎ １ ６ ２ ） ｌ ， ｉ ｏ ｉ ｇ １ ６ ２ ａ
ｍ ｏ ｅ ｌｏ ｈａ ｔ ｎ ｉ ｌｔ ｏ ｒ ｌｏ ｈｅ ｅ ｘ ｅ ｓ ｄ ｇｅ ｓ ｄ ｌａ ｓ ｓ ｐｏ ｅ ｔａ ｏ ｃ ｎｔ ｏ ｔ ｒｏｖ ｒｅ ｐｒ ｓ ｅ ｎｅ ．Ｂｅ ｆｔ ｄ ｆ ｏ ｔ ａ ｓｖ ａ ａ — ｎｅ ｉｅ ｒ ｍ ｈｅｍ ｓ ｉ ｅ ｐ ｒ ｌ ｌ ｌｓ ａ ｎｔ ｌｉ ｅ ｅ ｆ ａ ｕｒ ｅ ｉｍ ｎｄ ｉ ｅ ｌｇ ｎｃ ｅ ｔ ｅｏｆＤＮＡ ｏｍｐ ｉ ｃ ｕｔｎｇ，ｔ ｓｍｏ ｌｅ ｐｌ ｒ ｓｆ ｒ ｈ ｒａ ｐｌ ａ ｉ ｎ ｏｆＤＮＡ ｈｉ ｄｅ ｘ ｏ ｅ ｕ ｔ ｅ ｐ ｉ ｔｏ ｃ
核酶的作用方式与研究技术进展
的DRz都是单链分子，如同单链RNA分子一样，能进行折
叠、催化和展现酶活性。通过实验创造的DRZ连续被发现 并且催化性能不断提高。
自1994年首次发现脱氧核酶以来，迄今已发现的DRz有 几十种。根据其功能可分为7大类： 1．具有RNA切割活性；
2．具有DNA连接酶活性；
3．具有卟啉金属化酶和过氧化酶活性；
体外PCR筛选法获得的第10轮循环的第23个和第8轮循环
的第17个克隆，分别命名为“10-23 DRz”和“8-17 DRz”， 其中对10-23 DRz家族的研究最深入。
10-23型脱氧核酶的结构
8-17型脱氧核酶的结构
核酶的催化机制
• 大型核酶的催化机制
• 小型核酶的催化机制
大型核酶的催化机制
自然界中的Rz多在分子内起作用(除RNase P和核糖体外)，
即Rz的活性区域与作用底物序列在同一条链上，其底物 主要是带有磷酸二酯键的核酸（非核酸底物的Rz自然界 是否存在仍无定论）。
1.1 大分子核酶
大分子核酶又分为第1类内含子、第2类内含子
和核糖核酸酶P（RNase P）的RNA亚基等3种， 它们都是由几百个核苷酸组成的结构复杂的大分 子。大分子核酶可以看成是金属酶，其催化作用 与金属离子尤其是二价离子密不可分，这些金属 离子或者作为广义酸碱，或者作为路易斯酸碱催 化内含子的剪接。
(A) Hammerhead ribozyme
发夹状核酶
发夹状核酶 (hairpin ribozyme)是一种具有自剪切催化 功能的小分子核糖核酸，是人们首次在烟草环斑病毒卫星 RNA(Tobacco ringspot virus satellite RNA，sTRSV)的负
链上发现的，因其活性中心的二级结构形似发夹而得名。
脱氧核糖核酸的非编码功能研究进展
脱氧核糖核酸的非编码功能研究进展脱氧核糖核酸（DNA）是生命的基础分子，其编码的信息决定了生命的起源、遗传、进化和表现。
然而，在这个被称为基因组的巨大DNA网络中，只有1%~2%的序列被编码成蛋白质，而其余的序列则被称为非编码DNA。
非编码DNA曾一度被认为是生物学上的“垃圾”，但是现在人们逐渐认识到其具有的重要生物学功能和意义，成为生物医学领域中研究的热点之一。
1. 长链非编码RNA长链非编码RNA（lncRNA）是指长度大于200个核苷酸的非编码RNA，在细胞核和细胞质中广泛存在，能够介导基因表达、转录后修饰和染色质结构的调控。
例如，lncRNA H19在母体胚胎发育和肿瘤发生中扮演重要角色。
此外，新发现的lncRNA NEAT1可以逆转肿瘤细胞的化学阻抗和辐射耐受性，对于癌症治疗具有很大的潜力。
2. 微小RNA微小RNA（miRNA）是长度约22个核苷酸的非编码RNA，能够靶向基因表达，影响蛋白质的翻译和降解。
丰富的实验证明，miRNA参与了生殖、发育、免疫、代谢和肿瘤等许多生物学过程。
例如，miRNA-155在炎症和免疫反应中有着重要的作用，而miRNA-21则在许多肿瘤中过度表达，影响细胞凋亡和周期，促进癌细胞的生长和扩散。
3. 端粒RNA端粒RNA（telomeric RNA）是一种在端粒上高度富集的非编码RNA，由端粒位点DNA转录而来。
端粒是DNA分子末端的重要部分，保护基因组免受损伤和老化的影响。
端粒RNA参与了端粒结构的调控和端粒酶的催化，同时也影响了老化和癌症等疾病的发生。
研究发现，端粒RNA在表达强度和序列等方面存在差异，这些变异可能会引起基因组不稳定性和癌症等疾病。
4. 循环RNA循环RNA（circular RNA）是一种独特的非编码RNA，其独特性在于它们是环状结构而不是线性结构。
由于循环RNA没有3'和5'末端可供miRNA或RNA结合蛋白靶向，因此被认为是miRNA吸附剂，具有重要的调控作用。
脱氧核酶在细菌研究领域的现状与展望
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ ｓ ｔ ｒ ａ ｎ ｄ ｅ ｄ ＤＮＡ ｍｏ ｌ ｅ ｃ ｕ ｌ ｅ ｗｉ ｔ ｈ ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｃ ｏ ｇ ｎ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｉ Ｓ
Ｓ ｔ ａ ｔ ｕｓ ａ ｎｄ ｐｒ ｏ ｓ ｐｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｄ ｅ ｏ ｘ ｙｒ ｉ ｂｏ ｚ ｙ ｍｅ ｉ ｎ ｔ ｈｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ｏ ｆ ｂａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ
Ｗａ ｎ ｇ Ｔ ｏ ｎ ｇ — ｈ ｕ ｉ ａ ｎ ｄ Ｌ ｉ ｎ ｇ Ｂａ ｏ — ｄ ｏ ｎ ｇ
（ １ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ Ｍｅ ｄ ｉ ｃ ａ ａ ｎ ｄ Ｄ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｐ ｈ ａ ｒ ｍａ ｃ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｎｏ ｒ ｔ ｈ Ｓ ｉ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ Ｍｅ ｄ ｉ ｃ ａ ｌ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ， Ｎａ ｎ ｃ ｈ ｏ ｎ ｇ ６ ３ ７ ０ ０ ０ ； ２ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｕｔ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ Ｍｅ ｄ ｉ ｃ ａ ａ ｎ ｄ Ｄｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｐ ｈ ａ ｒ ｍａ ｃ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ｄ ｕ Ｍｅ ｄ ｉ ｃ ａ ｌ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ， Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ｄ ｕ ６ １ ０ ５ ０ ０ ）
脱氧核糖核酸酶在呼吸系统感染中的应用进展
脱氧核糖核酸酶在呼吸系统感染中的应用进展周志斌;杜玉霞【期刊名称】《江西医药》【年(卷),期】2019(054)002【总页数】3页(P185-187)【关键词】脱氧核糖核酸酶;肺部感染;胸腔积液;生物膜【作者】周志斌;杜玉霞【作者单位】福建省石狮市总医院呼吸与危重症医学科, 泉州 362700;福建医科大学附属第二医院呼吸与危重症医学科, 泉州362000【正文语种】中文【中图分类】R56脱氧核糖核酸酶（deoxyribonuclease，DNase）是一种特异性DNA水解酶，在Ca2+和Mg2+等二价金属离子存在的中性pH值条件下水解双链DNA，使DNA 碎片化。
几十年来，DNase常被应用于囊性纤维化（cystic fibrosis，CF）患者，用于分解脓液中游离的未解螺旋DNA，以增强的痰液清除率。
痰栓导致的肺不张患者，经常规抗感染、雾化吸入等治疗仍无法好转的，DNase的局部灌注治疗也显示了较好的临床疗效。
此外，一些研究亦显示肺炎旁胸腔积液尤其是复杂肺炎旁胸腔积液（parapneumonic effusion，PPE) 患者，局部注射DNase是安全及有效的一种治疗方法。
1 脱氧核糖核酸酶在肺部感染中的应用囊性纤维化是一种累及肺部的染色体隐性遗传病，呼吸道的反复感染是其主要特征之一，难以清除的粘稠痰促进微生物的定居和慢性炎症，导致肺组织的损伤。
细胞外DNA（extracellular DNA，eDNA）是引起CF痰液异常粘性的主要原因之一，其来源于炎性细胞特别是凋亡的中性粒细胞和坏死的肺组织。
DNase虽没有直接的抗炎作用，但可裂解eDNA而降低痰液粘度。
支气管灌洗结合局部使用DNase，使受累支气管再通，可缩短抗生素治疗时间、强度和住院时间。
一项CF患者的随机试验显示DNase和5.85%高渗盐水雾化吸入均具有粘液溶解作用，DNase组FEV1较基线平均增加9.3%（S.D.11.7%），高渗盐水组为 7.7%（S.D.14%）。
脱氧核酶的研究进展
认别 部位 的核苷酸 序列 ， 就能 对任 何含有 嘌 呤 、 啶 嘧
的 Ｒ ＮＡ 分 子 进 行 切 割 。 ８１ —７型 脱 氧 核 酶 与 ｌ — ３ 型 在 结 构 上 非 常 相 ０２ 模 似 ， 底 物 识 别 的 两 侧 臂 各 由 ７个 核 苷 酸 组 成 ， 催 其 而 化部 位 是 由 ｌ ３个 核 苷酸 围成 的 环 形 区 域 。与 ｌ－ ３ ０２
关 键 词 脱 氧 桩 酶 ； 因 灭 活 基
长期 以来 ， ＤＮＡ 一 直 被 认 为 是 一 种 较 为 被 动 的
１ — ３型 Ｄ ０２ ＮＡｚ ｍｅ由 １ ｙ 脱 氧 核 糖 核 苷 酸 构 ５个 成 一 个 环 状 催 化 中 心 ， 侧 臂 各 有 ８个 脱 氧 核 糖 核 两
于 Ｒ ＮＡ 分 子 上 的 两 个 未 配 对 的 嘌 呤 （ 和 嘧 啶 Ａ） （ 之间． 割 Ｒ ｕ） 切 ＮＡ 后 可 产 生 ２（ － 磷 酸 和 ５ ３１环 羟 基 未 端 的 切 割 产 物 。 通 过 台 理 设 计 ＤＮＡ 酶 底 物
深人 ， 示 了其 特 异 性 催 化机 制 。这 一发 现 突破 了 揭 “ 酶都 是 蛋 白质 ” 的传 统 概 念 ． 人 们 开始 对 遗传 物 使 质Ｄ ＮＡ 有 了新 的认识 。随 着分 子 生物学 和 体外 分 子进 化技 术 的 发 展 ， 一些 实 验 室 发 现单 链 Ｄ ＮＡ 分子 同样 具 有 酶 活性 ， 些 具 有催 化 功 能 的 Ｄ 这 ＮＡ 分子称 为脱 氧棱 酶 （ ＤＮＡｚｍｅ ， ｙ ） 又称 酶性 ＤＮＡ， 在
维普资讯
国外 医学 分 子 生 物 学 分 册 ２ ０ 年 第 ２ ０２ 卷 第 ３期
・
１ ５・ ５
脱氧核酶的研究进展
脱氧核酶的研究进展
潘光锦;韩金祥
【期刊名称】《医学分子生物学杂志》
【年(卷),期】2001(21)5
【摘要】具有RNA裂解活性的DNA分子称为脱氧核酶。
它是经过体外选择技术经多次筛选获得的。
脱氧核酶在切割与其互补的RNA底物分子时具有极高的特异性和切割效率 ,有望成为新的RNA灭活工具。
【总页数】3页(P75-77)
【作者】潘光锦;韩金祥
【作者单位】山东省医药生物技术研究中心
【正文语种】中文
【中图分类】Q783
【相关文献】
1.脱氧核酶传感器研究进展
2.脱氧核酶-纳米材料复合物用于生物传感研究进展
3.10-23脱氧核酶介导的生物传感器研究进展
4.基于脱氧核酶的铅离子生物传感器研究进展
5.多功能脱氧核酶用于生物医学分析的研究进展
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
D-2-脱氧核糖的合成研究进展
D-2-脱氧核糖的合成研究进展
徐友剑;胡应喜
【期刊名称】《北京石油化工学院学报》
【年(卷),期】2004(012)004
【摘要】D-2-脱氧核糖是一种重要的生物试剂,它是核酸的重要组成部分,也是某些维生素及辅酶的组分,在细胞核中起遗传作用,与生命现象有关,在生理上非常重要.介绍了当前国内外合成D-2-脱氧核糖的方法,并对各合成方法的优缺点进行了分析.【总页数】6页(P31-36)
【作者】徐友剑;胡应喜
【作者单位】北京石油化工学院化学工程系,北京,102617;北京石油化工学院化学工程系,北京,102617
【正文语种】中文
【中图分类】TQ214
【相关文献】
1.1,2,3-O-三乙酰基-5-脱氧核糖的合成工艺研究 [J], 朱仁发;何勇;陈仕云;邵国泉
2.新型类嘌呤脱氧核糖核苷类化合物的合成 [J], 郭晓河;李玉江;陶乐;王强;董黎红
3.D/L-2脱氧核糖的合成 [J], 何巍;李鸿展;(缪)奇;梁兴勇
4.系列D-2-氨氧基酸的合成 [J], 彭维恩;武林焕
5.脱氧核糖醛缩酶与醇脱氢酶共催化合成(3R,5S)-6-氯-2,4,6-三脱氧己内酯 [J], 旋凯昂;张荣珍;饶俊超;徐岩
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
脱氧核酶的研究进展
脱氧核酶（deoxyribozyme，DNAzyme/ Dz）是利用体外分子进化技术合成的一种具有催化功能的单链DNA片段，具有高效的催化活性和结构识别能力。
实质上, Dz也是一种反义寡聚核苷酸,它完善和补充了反义寡聚核苷酸药物的范围。
自Breaker和Cuenoud等首先报道Dz功能以来, Dz的结构和催化活性已扩展到多样化,而研究的热点及应用最多的还是Dz10~ 23和Dz8~ 17两种。
关于Dz的优点在这里就不一一介绍了，简单说明下即可。
Dz为DNA片段, 非蛋白质,仅能由人工合成,非生物体组成成分,分子量小, 易于合成,稳定性高, 不仅与RNA底物配对的精确性高,RNA分解酶活性强,而且不需要胞内酶类的参与。
此外, Dz具有与一般药物相似的动力学特点,对靶RNA水平的抑制程度及时间容易控制, 这就决定了Dz在医药和生物学上的不可取代性和开发的必要性。
下面我着重来介绍下Dz在几大领域的研究进展：
1 生物学方面
Dz作为一种工具酶, 应用它可以在细胞水平从事基因敲除实验, 即特异性地失活某一基因, 借以观察该基因在细胞生理、生化中的作用,探测基因功能。
由于Dz对DNA 和RNA具有多重作用,它将在基因工程和DNA的直接修饰中作为一种有力的分子生物学工具。
在生物进化上,Dz和核酶催化功能的发现, 改变了核酸是一种被动分子,仅适合于编码和携带遗传信息这一观念。
由于RNA具有催化反应和储存信息双重功能, 故当前生命起源理论强调RNA 的原始作用。
然而, 现在很清楚, DNA、可能还有其他的多聚核苷酸, 也能完成此两项功能, 由于DNA的相对稳定性, 所以了解脱氧核苷酸的生物前合成途径在生物进化上显得较为重要,即使非高效的途径,经过一定时间, 也可引起高浓度的寡聚脱氧核苷酸聚集。
2 医药方面
由于Dz的众多优点, 其已成为分子生物医学和新药开发的热门话题。
在已知靶基因序列, 且了解该基因在致病过程中的作用的前提下,设计出相应的Dz,可以对疾病进行基因治疗。
现Dz已用于病毒性疾病、肿瘤、遗传性疾病和血管疾病的研究中。
以HIV21V3环区为靶位点的Dz能在体外转录系统中有效切割靶RNA保守序列, 抑制病毒在细胞内的复制; Toyoda等用Dz在培养细胞中有效地抑制流感病毒的复制,其作用明显优于反义寡聚核苷酸且毒性较小; Cai rns等合成的Dz在体外实验中有效抑制人乳头瘤病毒的基因表达; 以原癌基因c2mycRNA翻译起始区为靶序列的Dz在体外能有效切割其全长底物, 下调
c2myc在平滑肌细胞内的基因表达, 抑制细胞的增殖; Yen等设计的Dz在细胞内以序列特异性的方式切割亨延顿舞蹈病基因,降低蛋白的表达; 针对一种早期生长反应因子(EGR21)mRN A的特定序列设计的Dz, 在猪模型中能选择性抑制EGR 21的表达和猪冠状动脉平滑肌细胞的增殖,有效地抑制了冠脉血管成型术后的再狭窄。
这些体外实验及动物实验, 为Dz进一步到达临床实验奠定了基础。
Science评论Dz有可能在不久的将来走向临床,被制成多种特异性极强的核酸药物, 控制与疾病相关的RNA表达水平,为众多疾病的治疗提供崭新的手段。
下面举两个例子：
2.1病毒感染的基因治疗
Cairns等于1999年首先将10～23 DRz用于抗人乳头状瘤病毒(HPV)的研究，设计了80多条针对HPVl6的E6、E7 mRNA的脱氧核酶，应用多重分析方法，发现针对HPVl6致瘤基因E6／E7的80种脱氧核酶中有8种脱氧核酶具有很强的切割效率，这种在无细胞体系中筛选出的脱氧核酶在细胞中同样有效。
研究发现脱氧核酶是肝炎病毒治疗中的一种良好的基因治疗方法。
研究发现，脱氧核酶在靶基因调控性荧光素酶表达HepG2细胞中对丙型肝炎病毒(HCV)5，-非编码区(5'-NCR)同时具有反义抑制和剪切作用；应用脂质体转染将药物导入细胞内显著优于直接加药的效果。
针对HBVs基因和C基因设计的特异性lO～23 DRz．作用于2.2.15细胞后，可显著抑制HBVs基因、C基因的表达，该抑制效应呈剂量依赖性，24h内可使上皮细胞内的丙型肝炎病毒RNA减少48％。
研究还发现，针对呼吸道合胞病毒(RSV)NS2基因的脱氧核酶(DZ604)，能明显改善RSV导致9HTE细胞的病理改变，5mmol／I。
的DZ604能够抑制减少85．56％的RSV。
Takahashi设计针对流感病毒A PB2mRNA翻译起始AUG的脱氧核酶，两端经过氨基磷酸化修饰后，能明显增加抵抗核酸酶降解能力，能减少99％的病毒复制，并有很高的特异性，对流感病毒B无明显抑制能力。
3．2肿瘤的基因治疗
血管生成在肿瘤的发生发展中具有重要作用，抗血管生成是目前肿瘤治疗的热点之一。
科学家设计了针对肿瘤血管生成相关的人血小板型12-脂加氧酶的脱氧核酶，导人人红白血病细胞中，能显著抑制12-脂加氧酶的表达，这有可能成为12-脂加氧酶基因敲除的特异性工具和抑制肿瘤生长的新策略。
同时发现脱氧核酶能够有效抑制血管内皮生长因子受体2(VEGFR2)mRNA，并有时间和剂量依赖性。
通过抑制肿瘤血管的生成，经过4次注射，可将活体肿瘤大小减少70％。
后来Khachigian等也发现脱氧核酶通过抑制早期生长应答子1(Egr-1)mRNA，从而抑制癌细胞的血管生成，抑制癌细胞增殖、转移及裸鼠移植瘤的生长。
增殖凋亡失调在肿瘤的发生发展中具有重要作用。
科学家又设计了针对bcl／abl融合基
因的脱氧核酶，能特异地切割bcl／abl mRNA，抑制慢性髓性白血病或急性淋巴细胞性白血病细胞的生长，促进癌细胞的凋亡。
尽管Dz在生物医药方面已显示出强大的生命力,但是, Dz要发挥催化作用,底物与Dz的相互接近,Dz对细胞的转染,Dz在细胞内的稳定性等, 这些课题还需进一步研究, 目前已有一些进展:
Dz10~ 23能在嘌呤和嘧啶连接处高效水解RNA,但其切割位点往往被RNA 二级结构所保护,以抵抗Dz的活性。
Cairns等发展了一种切割系统,用于筛选靶RNA分子的整个长度,而其切割位点在动力学及可接近性方面都是高效的。
此系统为杂交试剂的位点选择提供了有用数据。
运用Dz10~ 23已对HIV21基因组的许多区域进行过研究,都是用脂质介导Dz进入哺乳动物细胞,此严重地限制了Dz在体内的实际应用。
重庆医科大学附属儿童医院免疫研究室用胆固醇连接转染Dz入靶细胞,效率提高了3~ 4倍。
由于G残基能直接与巨噬细胞上清道夫受体相互作用,Unwalla等合成了一种3c末端含10 个G残基的Dz5970,其在缺乏脂质转染的情况下, 能直接特异地被人类巨噬细胞提取, 也能在瞬时表达系统和病毒感染时抑制HIV 21基因表达,而切割效率轻微受影响。
这些亲巨噬细胞的新型Dz具有潜在的应用价值。
为了提高Dz5970在细胞内的稳定性, Unwalla等在Dz5970两端各添加了长12个碱基的茎2环结构, 但切割效率显著降低。
科学家也报道, Dz的磷酸硫酯修饰在体外显著的提高了Dz的胞内稳定性,但其动力学效率下降。
总之, Dz 和核酶都催化一套相似的自我修饰反应。
如果此功能上的相似性可以延伸, 那么, 还有很多目前尚未发现的Dz。
目前已知Dz的变异体可用来产生自我标记DNA 探针,别构Dz将有可能用作构建高级生物传感器的精确分子开关, 甚至DNA计算器件。
但是,简单的Dz能与细胞内的靶蛋白共价融合吗? 能够获得更多的改变细胞遗传组成的高级结构域的Dz吗? 这些任务对生物体中不存在的Dz来说,很具有挑战性, 还需要进一步探讨。
脱氧核酶作为一种崭新的分子生物学酶切工具，作为一种新型RNA水平强效基因灭活因子，为病毒感染性疾病、肿瘤和其他相关疾病提供了一条全新的基因治疗途径。
但是如何将脱氧核酶发展成为新型基因治疗药物以及基因分析和诊断的工具，还需要进一步深入研究。
相信在未来，脱氧核酶会扮演相当重要的角色。