Autonomous Exponential Amplification via Rolling Circle–DNAzyme Feedback Programming

滚动圆复制 化学 核酸 DNA 生物系统 环介导等温扩增 指数函数 灵敏度(控制系统) 指数增长 多重位移放大 脱氧核酶 底漆(化妆品) 寡核苷酸 生物物理学 信号(编程语言) 计算生物学 A-DNA 微流控 串联 检出限 聚合酶 DNA聚合酶 动力学 聚合酶链反应 劈理(地质) 多路复用 纳米技术
作者
Jinhua Shang,Mengdi Yu,Yifei Wang,Shanshan Yu,XianZheng ZHANG,Fuan Wang,Yingfu Li,Jinhua Shang,Mengdi Yu,Yifei Wang,Shanshan Yu,XianZheng ZHANG,Fuan Wang,Yingfu Li
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.5c12435
摘要

Rolling circle amplification (RCA) is a powerful isothermal strategy for nucleic acid detection, but its linear kinetics and dependence on externally supplied primers limit its sensitivity and programmability. Here, we report an exponential RCA (E-RCA) platform that integrates primer regeneration and signal amplification into a single DNA-encoded system. The design uses a circular DNA template encoding the I-R3 self-cleaving DNAzyme sequence; during RCA, tandem I-R3 units are generated within the DNA amplicons, which then catalyze site-specific cleavage to release new primers. This self-sustained (RCA ↔ DNAzyme) amplification circuit enables robust exponential signal growth using only a circular DNA probe and a DNA polymerase without requiring external primers or protein enzymes. We elucidate the mechanism through biochemical experiments and kinetic modeling and validate the system in multiplexed intracellular microRNA imaging and quantitative dual-marker profiling of clinical breast cancer tissues. The E-RCA strategy achieved high diagnostic accuracy (AUC = 0.914; specificity = 100%; sensitivity = 81.3%), demonstrating its potential for sensitive, programmable, and autonomous molecular analysis in both biological and clinical contexts.
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