Topology-Informed Design of Circularly Locked DNAzymes Enables Orthogonally Controlled Gene Regulation

脱氧核酶 化学 基质(水族馆) 模块化设计 连接器 计算生物学 纳米技术 劈理(地质) 生物物理学 控制(管理) 基因表达调控 底物特异性 基因 细胞生物学 极性(国际关系) 效应器 DNA 设计要素和原则 核酶
作者
Fangzhi Yu,Siqi Zhang,Huanyu Tao,Haozhe Jin,Yuliang Zhao,Sheng-You Huang,L.J. Li
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (3): 3365-3374 被引量:2
标识
DOI:10.1021/jacs.5c18154
摘要

RNA-cleaving DNAzymes represent promising, protein-independent catalysts for gene silencing; yet achieving precise control over their activity remains a major challenge for biomedical applications. Here, we identify a cyclization-induced, size-dependent topological barrier that suppresses substrate binding, catalytic-core folding, and substrate cleavage of DNAzymes. Leveraging these underlying insights, we establish a modular strategy for the orthogonal control of DNAzyme activity via topological regulation. Specifically, we engineer catalytically inactive, circular DNAzyme precursors (termed circularly locked DNAzymes) bearing a cleavable linker and demonstrate that their substrate-cleavage activity can be reactivated through stimulus-responsive circular-to-linear switching. This topology-based design is broadly adaptable to diverse triggers (e.g., light, reductants, or enzymes), offering a simple and versatile route for conditional DNAzyme activation. Moreover, circularly locked DNAzymes exhibit enhanced biostability and maintain prolonged dormancy until on-demand activation, enabling precise, spatiotemporal control for potential therapeutic applications.
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