Lock‐Open: An AND Logic‐Gated, Entropy‐Driven DNA Nanowalker for Highly Sensitive Detection of UDG and APE1 Activities in Hepatocellular Carcinoma

DNA 核酸内切酶 肝细胞癌 体内 计算生物学 泄漏(经济) 癌症研究 体外 DNA修复 生物 门控 DNA损伤 化学 细胞 细胞生物学 计算机科学
作者
Zongying Li,Liuling Shen,Huaqiang Xie,Jiangling Wu,Yunting Zhang,Song Jiang,Haiping Wu,Shijia Ding,Weixian Chen,Dandan Li
出处
期刊:Advanced Healthcare Materials [Wiley]
卷期号:: e71417-e71417
标识
DOI:10.1002/adhm.71417
摘要

Early diagnosis of HCC remains a clinical challenge, with survival strongly dependent on reliable biomarkers and translatable detection tools. Herein, we establish uracil-DNA glycosylase (UDG) and apurinic/apyrimidinic endonuclease 1 (APE1) as diagnostic biomarkers for early-stage HCC and develop a lock-open strategy based on an AND logic-gated, entropy-driven DNA nanowalker (ALEN) for highly sensitive detection of their enzymatic activities. ALEN integrates sequential UDG/APE1 processing with miR-21 gating to achieve on-track signal amplification. In the locked state, circuit leakage is minimized. Upon UDG/APE1 processing and miR-21 gating, ALEN is unlocked to initiate walker propagation, reactant regeneration, and spatially confined amplification selectively in tumor cells. This ability overcomes critical limitations of conventional entropy-driven DNA circuits, including low efficiency, limited turnover, and excessive leakage. When encapsulated in aptamer-functionalized lipid nanoparticles, ALEN gains robust biostability, biocompatibility, and HCC-specific accumulation. Using in vitro cellular models and in vivo mouse models of HCC, we confirmed that ALEN enables highly sensitive, cell type-specific discrimination of the activities of UDG and APE1, as well as timely and sensitive sensing of their dynamic fluctuations. Our results demonstrate that ALEN facilitates HCC diagnosis and monitoring of tumor progression, highlighting its promise as a clinical management tool.
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