Endogenous mRNA-Powered and Spatial Confinement-Derived DNA Nanomachines for Ultrarapid and Sensitive Imaging of Let-7a

化学 细胞内 核酸 生物物理学 费斯特共振能量转移 甘油醛3-磷酸脱氢酶 DNA 生物传感器 肽核酸 纳米技术 荧光 生物化学 脱氢酶 生物 物理 量子力学 材料科学
作者
Yinghui Feng,Shenghong Liu,Yao Yao,Miao Chen,Qi Liu,Xiaoqing Chen
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:96 (1): 564-571 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.3c04837
摘要

DNA nanostructure-based signal amplifiers offer new tools for imaging intracellular miRNA. However, the inadequate kinetics and susceptibility to enzymatic hydrolysis of these amplifiers, combined with a deficient cofactor concentration within the intracellular environment, significantly undermine their operational efficiency. In this study, we address these challenges by encapsulating a localized target strand displacement assembly (L-SD) and a toehold-exchange endogenous-powered component (R-mRNA) within a framework nucleic acid (FNA) structure─20 bp cubic DNA nanocage (termed RL-cube). This design enables the construction of an endogenous-powered and spatial-confinement DNA nanomachine for ratiometric fluorescence imaging of intracellular miRNA Let-7a. The R-mRNA is designed to be specifically triggered by glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (GAPDH), an abundant cellular enzyme, and concurrently releases a component that can recycle the target Let-7a. Meanwhile, L-SD reacts with Let-7a to release a stem-loop beacon, generating a FRET signal. The spatial confinement provided by the framework, combined with the ample intracellular supply of GAPDH, imparts remarkable sensitivity (7.57 pM), selectivity, stability, biocompatibility, and attractive dynamic performance (2240-fold local concentration, approximately four times reaction rate, and a response time of approximately 7 min) to the nanomachine-based biosensor. Consequently, this study introduces a potent sensing approach for detecting nucleic acid biomarkers with significant potential for application in clinical diagnostics and therapeutics.
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