雙語PNA主鏈添加氨基酸形成生物聚合物（PNA-A、PNA-C和PNA-aa）的示意圖

通過在PNA的主鏈上加入特定的氨基酸基團，得到了可自組裝的生物高分子。

自然界以兩種基本形式對信息、結(jié)構(gòu)和功能進行編碼:核酸和蛋白質(zhì)，核酸主要負責(zé)信息儲存與表達而蛋白質(zhì)形成特殊結(jié)構(gòu)行使功能。雖然DNA-高分子偶聯(lián)物成功結(jié)合了結(jié)構(gòu)響應(yīng)性以及序列特異性識別能力，但是其在生物體系中難以控制，并且局限于陰離子骨架。相對應(yīng)的，多肽可以通過氨基酸側(cè)鏈來表達生物物理特性，但缺乏核酸的信息存儲與分子識別能力。肽核酸(PNA)是設(shè)計雙語生物高分子的理想結(jié)構(gòu)，因為它能夠沿著中性類肽主鏈存儲序列信息，具有對互補核酸**的親和力和在復(fù)雜的生物環(huán)境中的穩(wěn)定性，且能夠在序列特定的位置更換氨基酸側(cè)鏈。

圖1. 雙語PNA生物聚合物的示意圖。

作者設(shè)想通過特定位置的疏水性或親水性氨基酸側(cè)鏈可以得到具有兩親性結(jié)構(gòu)的PNA并進行自組裝（圖1）。

作者以一個靶點miRNA-21為互補核酸鏈（圖2），設(shè)計了三種PNA結(jié)構(gòu)作為對照（圖3）。三者都含有一個帶熒光集團側(cè)鏈的片段D（結(jié)構(gòu)見圖5），用來進行后續(xù)的表征。

圖2. miRNA-21以及PNA序列

圖3. 三種PNA結(jié)構(gòu)

PNA-A將疏水的丙氨酸側(cè)鏈和親水的賴氨酸側(cè)鏈引入到了PNA兩端的側(cè)鏈上，而PNA-aa則將兩個丙氨酸和賴氨酸直接接在了PNA主鏈的兩端。PNA-C為主鏈無氨基酸側(cè)鏈的PNA。圖4和圖5為PNA單體以及片段D的合成路線。

圖4. PNA單體合成路線

圖5. 片段D的合成路線

在合成以及表征了PNA結(jié)構(gòu)后，作者先通過紫外熔融實驗分析了PNA-A、PNA-C和PNA-aa與互補DNA或miRNA-21的雜交。結(jié)果表明PNA-A與DNA、RNA結(jié)合的Tm都比PNA-C和PNA-aa高，說明γ位氨基酸側(cè)鏈的修飾增強了PNA互補的能力。

接著作者通過熒光測量表征了PNA-A的CMC（臨界膠團濃度）（圖6）。在形成膠團時，熒光的信號會增強，隨濃度變化的斜率也會增大，因此可以取兩者的交點表明在此濃度下膠團開始形成。作者還通過TEM（透射電子顯微鏡）觀察了PNA-A在100μM下形成的膠團。（圖7）相對應(yīng)的，PNA-C只顯示出少量的非晶組裝，PNA-aa表現(xiàn)出非晶組裝的非均質(zhì)混合物，一些與PNA-A相似大小，但其他明顯更大，缺乏統(tǒng)一的形狀，作者猜想這與PNA-aa的鏈更柔性有關(guān)。作者也利用了DLS對粒徑大小進行了表征，結(jié)果基本與TEM一致。

圖7. PNA-A的STMScale bars = 2000 nm(左上), 1000 nm (右上), 500 nm (左下), 50 nm(右下). 

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以上資料來自西安pg電子官方生物小編zhn2021.02.22

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