A Layered-Responsive DNA Tetrahedral Nanomachine for Precise Cancer Cell Imaging and Selective cGAS-STING Signaling Activation

化学 适体 DNA 癌细胞 生物物理学 核酸内切酶 核酸 细胞生物学 荧光 细胞 荧光寿命成像显微镜 癌症 纳米技术 A-DNA DNA修复 生物化学 细胞内 分子生物学
作者
Yuwen Zhang,Tong Zhang,Xiao-Qiong Li,Bin Kang,Hong‐Yuan Chen,Jing‐Juan Xu
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:98 (6): 5066-5075 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.5c07640
摘要

The dual challenges of accurately imaging cancer cells and selectively activating immune signaling pathways require innovative DNA nanomachines with targeted recognition and multistimulus response capabilities. In this study, we developed a dual tetrahedral DNA nanomachine (DTDN) with layered responsiveness, which integrated a cascaded AND logic gate driven by sequential activation of reconfigurable DNA modules for precise cancer cell imaging and selective activation of the cGAS-STING pathway. Through AS1411 aptamer modification, DTDN achieved selective targeting and efficient cancer cell internalization. The overexpression of apurinic/apyrimidinic endonuclease 1 (APE1) in cancer cells first triggered the release of functional hairpins H1 and H2, after which miR-21 initiated a hybridization chain reaction (HCR) to generate long fluorescent nicked double-stranded DNA (dsDNA). The dsDNA product was recognized by cGAS, thereby activating the cGAS-STING pathway. The design of DNA tetrahedra gate prevented signal leakage by blocking the HCR toehold sequences. Moreover, the dual-locked cascade strategy exhibited high specificity and anti-interference capability, ensuring the specificity of cancer cell recognition and the activation of downstream events. Furthermore, the generated long nicked dsDNA not only provided an amplified fluorescence signal for cancer cell imaging but also acted as potent cGAS activators, thereby triggering the cGAS-STING pathway. Hence, this work provides a programmable, safe, and reliable nucleic acid nanoplatform for cancer diagnosis and cGAS-STING pathway-based regulatory therapy.
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