高等学校化学学报 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (11): 3284.doi: 10.7503/cjcu20210451
收稿日期:
2021-06-30
出版日期:
2021-11-10
发布日期:
2021-08-20
通讯作者:
柯国梁
E-mail:glke@hnu.edu.cn
基金资助:
HU Ling, YIN Yao, KE Guoliang(), ZHANG Xiaobing
Received:
2021-06-30
Online:
2021-11-10
Published:
2021-08-20
Contact:
KE Guoliang
E-mail:glke@hnu.edu.cn
Supported by:
摘要:
细胞通过化学信号、 电子交换和直接接触等方式交换彼此之间的物质和信息, 以调节生命体的生长发育. 因此, 细胞间的相互作用研究与调控在细胞功能的机制研究和疾病的诊断及治疗等领域具有非常重要的意义. DNA纳米结构具有易合成、 易修饰、 可编程性设计及生物安全性高等优点, 有望实现操作简单、 精确可调、 智能响应的细胞间相互作用调控, 受到了广泛关注. 本文综述了寡核苷酸链杂交、 受体-配体结合和核酸适体靶向识别等基于DNA纳米结构的细胞组装策略, 总结了pH调控、 金属离子调控和DNA链激活等细胞间相互作用的调控手段, 并重点介绍了其在细胞间作用力的测量和成像、 体外组织模型的构建、 细胞间的通讯交流和细胞免疫治疗等领域的应用. 最后对该领域进行了总结和展望, 希望为相关研究提供有益参考.
中图分类号:
TrendMD:
胡灵, 殷垚, 柯国梁, 张晓兵. 基于DNA纳米结构的细胞间相互作用的调控. 高等学校化学学报, 2021, 42(11): 3284.
HU Ling, YIN Yao, KE Guoliang, ZHANG Xiaobing. Regulation of Cell-cell Interactions Based on DNA Nanostructures. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(11): 3284.
Fig.2 Scheme of cell assembly methods based on complementary hybridization of oligonucleotide chains(A) Single?stranded oligonucleotide[28]; (B) hybridization chain reaction(HCR)[34]. Copyright 2018, John Wiley and Sons. (C) DNA origami[25]. Copyright 2017, John Wiley and Sons.(D) DNA tetrahedron[35].Copyright 2019, American Chemical Society.
Fig.3 Scheme of cell assembly methods based on receptor?ligand interaction[39](A) The modified ligands on DNA strands binding specifically to receptors on the cell membrane; (B) confocal imaging of probe binding to cell membrane surface. Copyright 2017, American Chemical Society.
Fig.4 Scheme of cell assembly methods based on aptamer targeting strategy(A) Monovalent modification aptamer targeting[48]. Copyright 2013, John Wiley and Sons. (B) Polyvalent aptamer targeting[49]. Copyright 2011, John Wiley and Sons.
Fig.5 Regulation of cell?cell interactions based on different stimulus(A) pH[55]; (B) Zn2+ and Mg2+[53]. Copyright 2021, American Chemical Society. (C) K+[44]. Copyright 2021, American Chemical Society. (D) DNA triggers[66]. Copyright 2021, American Chemical Society.
Fig.7 Schematic of in vitro 3D tissue construction(A) Assembled strategy[73]; (B) paracrine signaling network[30].Copyright 2009, National Academy of Sciences.
Fig.8 Several approaches of DNA nanostructures?based cell communication[75](A) Gap junction; (B) tunneling nanotubes(TNTs); (C) immunotherapy.Copyright 2020, American Chemical Society.
1 | Hergenreider E., Heydt S., Treguer K., Boettger T., Horrevoets A. J. G., Zeiher A. M., Scheffer M. P., Frangakis A. S., Yin X. K., Mayr M., Braun T., Urbich C., Boon R. A., Dimmeler S., Nat. Cell Biol., 2012, 14(3), 249—256 |
2 | Skoglund P., Keller R., Curr. Opin. Cell Biol., 2010, 22(5), 589—596 |
3 | Gartner Z. J., Prescher J. A., Lavis L. D., Nat. Chem. Biol., 2017, 13(6), 564—568 |
4 | Sprinzak D., Lakhanpal A., LeBon L., Santat L. A., Fontes M. E., Anderson G. A., Garcia⁃Ojalvo J., Elowitz M. B., Nature, 2010, 465(7294), 86—95 |
5 | Xie M. Q., Fussenegger M., Nat. Rev. Mol. Cell Bio., 2018, 19(8), 507—525 |
6 | Hui E. E., Bhatia S. N., P. Natl. Acad. Sci. USA, 2007, 104(14), 5722—5726 |
7 | Custodio C. A., Mano J. F., Chemnanomat, 2016, 2(5), 376—384 |
8 | Shan Y., Wang H., Chem. Soc. Rev., 2015, 44(11), 3617—3638 |
9 | Patel S. J., Milwid J. M., King K. R., Bohr S., Iracheta⁃Velle A., Li M., Vitalo A., Parekkadan B., Jindal R., Yarmush M. L., Nat. Biotechnol., 2012, 30(2), 179—183 |
10 | Mayor R., Carmona⁃Fontaine C., Trends Cell Biol., 2010, 20(6), 319—328 |
11 | Ljunggren H. G., Malmberg K. J., Nat. Rev. Immunol., 2007, 7(5), 329—339 |
12 | Gu Y., Liu B., Liu Q., Hang Y., Wang L., Brash J. L., Chen G., Chen H., ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11(51), 47720—47729 |
13 | Teramura Y., Biomaterials, 2015, 48(48), 119—128 |
14 | Kim E., Kim J. C., Min K., Goh M., Tae G., ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10(29), 24431—24439 |
15 | Paszek M. J., DuFort C. C., Rossier O., Bainer R., Mouw J. K., Godula K., Hudak J. E., Lakins J. N., Wijekoon A. C., Cassereau L., Rubashkin M. G., Magbanua M. J., Thorn K. S., Davidson M. W., Rugo H. S., Park J. W., Hammer D. A., Giannone G., Bertozzi C. R., Weaver V. M., Nature, 2014, 511(7509), 319—325 |
16 | Dutta D., Pulsipher A., Luo W., Yousaf M. N., J. Am. Chem. Soc., 2011, 133(22), 8704—8713 |
17 | Dahm R., Dev. Biol., 2005, 278(2), 274—288 |
18 | Watson J. D., Crick F. H., Nature, 1953, 171(4356), 737—738 |
19 | Zeng S., Liu D., Li C., Yu F., Fan L., Lei C., Huang Y., Nie Z., Yao S., Anal. Chem., 2018, 90(22), 13459—13466 |
20 | Sarkar D., Vemula P. K., Teo G. S. L., Spelke D., Karnik R., Wee L. Y., Karp J. M., Bioconjugate Chem., 2008, 19(11), 2105—2109 |
21 | You M. X., Lyu Y. F., Han D., Qiu L. P., Liu Q. L., Chen T., Wu C. S., Peng L., Zhang L. Q., Bao G., Tan W. H., Nat. Nanotechnol., 2017, 12(5), 453—459 |
22 | Zou J., Jin C., Wang R., Kuai H., Zhang L., Zhang X., Li J., Qiu L., Tan W., Anal. Chem., 2018, 90(11), 6843—6850 |
23 | Guo K. T., Paul A., Schichor C., Ziemer G., Wendel H. P., Int. J. Mol. Sci., 2008, 9(4), 668—678 |
24 | Barman J., RSC Adv., 2015, 5(16), 11724—11732 |
25 | Akbari E., Mollica M. Y., Lucas C. R., Bushman S. M., Patton R. A., Shahhosseini M., Song J. W., Castro C. E., Adv. Mater., 2017, 29(46), 86—90 |
26 | Dutta P. K., Zhang Y., Blanchard A. T., Ge C. H., Rushdi M., Weiss K., Zhu C., Ke Y. G., Salaita K., Nano Lett., 2018, 18(8), 4803—4811 |
27 | Ge Z., Liu J., Guo L., Yao G., Li Q., Wang L., Li J., Fan C., J. Am. Chem. Soc., 2020, 142(19), 8800—8808 |
28 | Todhunter M. E., Jee N. Y., Hughes A. J., Coyle M. C., Cerchiari A., Farlow J., Garbe J. C., LaBarge M. A., Desai T. A., Gartner Z. J., Nat. Methods, 2015, 12(10), 975—981 |
29 | Furst A. L., Klass S. H., Francis M. B., Trends Biochem. Sci., 2019, 44(4), 342—350 |
30 | Gartner Z. J., Bertozzi C. R., P. Natl. Acad. Sci. USA, 2009, 106(12), 4606—4610 |
31 | Hsiao S. C., Crow A. K., Lam W. A., Bertozzi C. R., Fletcher D. A., Francis M. B., Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47(44), 8473—8477 |
32 | Selden N. S., Todhunter M. E., Jee N. Y., Liu J. S., Broaders K. E., Gartner Z. J., J. Am. Chem. Soc., 2012, 134(2), 765—768 |
33 | Shi P., Wang Y., Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60(21), 11580—11591 |
34 | Shi P., Zhao N., Lai J. P., Coyne J., Gaddes E. R., Wang Y., Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57(23), 6800—6804 |
35 | Xun K. Y., Pei K., Liu X. J., Peng X. Y., Du Y. L., Qiu L. P., Tan W. H., J. Am. Chem. Soc., 2019, 141(45), 18013—18020 |
36 | Toda S., Blauch L. R., Tang S. K. Y., Morsut L., Lim W. A., Science, 2018, 361(6398), 156—162 |
37 | Wang X., Xiao Q., Wang Z., Feng W. L., Transl. Res., 2017, 182(182), 135—144 |
38 | Huang R., Li X., He Y., Zhu W., Gao L., Liu Y., Gao L., Wen Q., Zhong J. F., Zhang C., Zhang X., J. Hematol. Oncol., 2020, 13(1), 86 |
39 | Zhao B., O'Brien C., Mudiyanselage A. P. K. K. K., Li N., Bagheri Y., Wu R., Sun Y., You M., J. Am. Chem. Soc., 2017, 139(50), 18182—18185 |
40 | Brockman J. M., Su H., Blanchard A. T., Duan Y., Meyer T., Quach M. E., Glazier R., Bazrafshan A., Bender R. L., Kellner A. V., Ogasawara H., Ma R., Schueder F., Petrich B. G., Jungmann R., Li R., Mattheyses A. L., Ke Y., Salaita K., Nat. Methods, 2020, 17(10), 1018—1024 |
41 | Zhao B., Li N. W., Xie T. F., Bagheri Y., Liang C. W., Keshri P., Sun Y. B., You M. X., Chem. Sci., 2020, 11(32), 8558—8566 |
42 | Glazier R., Shinde P., Ogasawara H., Salaita K., ACS Appl. Mater. Interfaces, 2021, 13(2), 2145—2164 |
43 | Keshri P., Zhao B., Xie T. F., Bagheri Y., Chambers J., Sun Y. B., You M. X., Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60(28), 2—10 |
44 | Li J., Xun K., Zheng L., Peng X., Qiu L., Tan W., J. Am. Chem. Soc., 2021, 143(12), 4585—4592 |
45 | Schlichthaerle T., Lindner C., Jungmann R., Nat. Commun., 2021, 12(1), 2510 |
46 | Liu J., You M., Pu Y., Liu H., Ye M., Tan W., Curr. Med. Chem., 2011, 18(27), 4117—4125 |
47 | Tan W., Donovan M. J., Jiang J., Chem. Rev., 2013, 113(4), 2842—2862 |
48 | Xiong X. L., Liu H. P., Zhao Z. L., Altman M. B., Lopez⁃Colon D., Yang C. J., Chang L. J., Liu C., Tan W. H., Angew. Chem. Int. Ed., 2013, 52(5), 1472—1476 |
49 | Liu X., Yan H., Liu Y., Chang Y., Small, 2011, 7(12), 1673—1682 |
50 | Xun K., Pei K., Liu X., Peng X., Du Y., Qiu L., Tan W., J. Am. Chem. Soc., 2019, 141(45), 18013—18020 |
51 | West⁃Livingston L. N., Park J., Lee S. J., Atala A., Yoo J. J., Chem. Rev., 2020, 120(19), 10995—11031 |
52 | Zhao W., Schafer S., Choi J., Yamanaka Y. J., Lombardi M. L., Bose S., Carlson A. L., Phillips J. A., Teo W., Droujinine I. A., Cui C. H., Jain R. K., Lammerding J., Love J. C., Lin C. P., Sarkar D., Karnik R., Karp J. M., Nat. Nanotechnol., 2011, 6(8), 524—531 |
53 | Qian R. C., Zhou Z. R., Guo W. J., Wu Y. T., Yang Z. L., Lu Y., J. Am. Chem. Soc., 2021, 143(15), 5737—5744 |
54 | Yin J., Hu Y., Yoon J., Chem. Soc. Rev., 2015, 44(14), 4619—4644 |
55 | Hou J., Zhu S., Zhao Z., Shen J., Chao J., Shi J., Li J., Wang L., Ge Z., Li Q., Chem. Commun., 2021, 57(37), 4536—4539 |
56 | Idili A., Plaxco K. W., Vallee⁃Belisle A., Ricci F., ACS Nano, 2013, 7(12), 10863—10869 |
57 | Soto A. M., Loo J., Marky L. A., J. Am. Chem. Soc., 2002, 124(48), 14355—14363 |
58 | Brun M. A., Griss R., Reymond L., Tan K. T., Piguet J., Peters R. J. R. W., Vogel H., Johnsson K., J. Am. Chem. Soc., 2011, 133(40), 16235—16242 |
59 | He H. R., Mortellaro M. A., Leiner M. J. P., Fraatz R. J., Tusa J. K., J. Am. Chem. Soc., 2003, 125(6), 1468—1469 |
60 | Xiong M., Yang Z., Lake R. J., Li J., Hong S., Fan H., Zhang X. B., Lu Y., Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59(5), 1891—1896 |
61 | Xiong M., Zhu H., Rong Q., Yang C., Qiu L., Zhang X. B., Tan W., Chem. Commun., 2016, 52(25), 4679—4682 |
62 | Yang Y., Huang J., Yang X., Quan K., Xie N., Ou M., Tang J., Wang K., Chem. Commun., 2016, 52(76), 11386—11389 |
63 | Kuo H. C., Cheng C. F., Clark R. B., Lin J. J. C., Lin J. L. C., Hoshijima M., Nguyen⁃Tran V. T. B., Gu Y. S., Ikeda Y., Chu P. H., Ross J., Giles W. R., Chien K. R., Cell, 2001, 107(6), 801—813 |
64 | Wang B., Song J., Yuan H., Nie C., Lv F., Liu L., Wang S., Adv. Mater., 2014, 26(15), 2371—2375 |
65 | Kim H., Jin X., Glass D. S., Riedel⁃Kruse I. H., Curr. Opin. Genet. Dev., 2020, 63(63), 95—102 |
66 | Xiao M., Lai W., Yu H., Yu Z., Li L., Fan C., Pei H., J. Am. Chem. Soc., 2021, 143(9), 3448—3454 |
67 | Martin A. C., Kaschube M., Wieschaus E. F., Nature, 2009, 457(7228), 495—499 |
68 | Tambe D. T., Hardin C. C., Angelini T. E., Rajendran K., Park C. Y., Serra⁃Picamal X., Zhou E. H. H., Zaman M. H., Butler J. P., Weitz D. A., Fredberg J. J., Trepat X., Nat. Mater., 2011, 10(6), 469—475 |
69 | Blakely B. L., Dumelin C. E., Trappmann B., McGregor L. M., Choi C. K., Anthony P. C., Duesterberg V., Baker B. M., Block S. M., Liu D. R., Chen C. S., Nat. Methods, 2014, 11(12), 1229—1232 |
70 | Liu Z. J., Tan J. L., Cohen D. M., Yang M. T., Sniadecki N. J., Ruiz S. A., Nelson C. M., Chen C. S., P. Natl. Acad. Sci. USA, 2010, 107(22), 9944—9949 |
71 | Hoffman B. D., Yap A. S., Trends Cell Biol., 2015, 25(12), 803—814 |
72 | Lyer K. V., Piscitello⁃Gomez R., Paijmans J., Juelicher F., Eaton S., Curr. Biol., 2019, 29(4), 578—591 |
73 | Todhunter M. E., Weber R. J., Farlow J., Jee N. Y., Cerchiari A. E., Gartner Z. J., Curr. Protoc. Chem. Biol., 2016, 8(3), 147—178 |
74 | Nelson C. M., Bissell M. J., Annu. Rev. Cell Dev. Biol., 2006, 22(1), 287—309 |
75 | Ge Z. L., Liu J. B., Guo L. J., Yao G. B., Li Q., Wang L. H., Li J., Fan C. H., J. Am. Chem. Soc., 2020, 142(19), 8800—8808 |
76 | Coppin C., Expert Rev. Anticancer Ther., 2008, 8(6), 907—919 |
77 | Del Paggio J. C., Nat. Rev. Clin. Oncol., 2018, 15(5), 268—270 |
78 | Davis Z. B., Felices M., Verneris M. R., Miller J. S., Cancer J., 2015, 21(6), 486—491 |
79 | Morvan M. G., Lanier L. L., Nat. Rev. Cancer, 2016, 16(1), 7—19 |
80 | Anderson A. C., Cancer Immunol. Res., 2014, 2(5), 393—398 |
81 | Huang B. T., Lai W. Y., Chang Y. C., Wang J. W., Yeh S. D., Lin E. P. Y., Yang P. C., Mol. Ther⁃Nucl. Acids, 2017, 8(8), 520—528 |
82 | Zhang D., Zheng Y., Lin Z., Liu X., Li J., Yang H., Tan W., Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59(29), 12022—12028 |
[1] | 徐心昱 张乐天 曹晖 马原 刘柳卉 宋国胜 张晓兵. 脂质响应型探针用于动脉粥样硬化成像及治疗的研究进展[J]. 高等学校化学学报, 0, (): 20220383. |
[2] | 王雪丽, 宋相伟, 解颜宁, 杜妮阳, 王振新. 部分还原氧化石墨烯的制备、 表征及对人宫颈癌HeLa细胞的体外杀伤作用[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(2): 20210595. |
[3] | 黄罗仪, 翁约约, 黄旭慧, 王朝杰. 车前草中黄酮类成分结构和性质的理论研究[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(9): 2752. |
[4] | 吴倩, 程丹, 吕芸, 袁林, 张晓兵. 大斯托克斯位移远红光至近红外荧光探针用于检测肝损伤过程中过氧化亚硝酸盐的动态变化[J]. 高等学校化学学报, 2020, 41(11): 2426. |
[5] | 李婧影, 陈琛, 李娟, 杨黄浩. 人工调控细胞表面受体聚集状态及功能[J]. 高等学校化学学报, 2020, 41(5): 892. |
[6] | 肖永坤, 刘春莹, 鱼红闪, 李泰厚, 徐龙权, 宋建国, 林完泽, 孙长凯, 金凤燮. 人参二醇类皂苷的生物转化动态及人参稀有皂苷C-K或F2的制备[J]. 高等学校化学学报, 2019, 40(6): 1184. |
[7] | 徐丹, 丁亚丹, 王雪, 丛铁, 刘俊平, 洪霞, 潘颖. 基于超疏水聚苯乙烯膜的蛋白质微液滴检测[J]. 高等学校化学学报, 2018, 39(9): 1913. |
[8] | 赖莺, 林睿, 董清木, 黄宗平, 涂星朋, 林伟靖, 孙伟佳. 应用高场非对称离子迁移谱技术检测食品接触材料中甲基丙烯酸甲酯的迁移量[J]. 高等学校化学学报, 2018, 39(4): 660. |
[9] | 由爱梅, 倪鑫炯, 曹玉华, 曹光群. 胶态磁组装分子印迹光子晶体及其对L-苯丙氨酸的响应性[J]. 高等学校化学学报, 2017, 38(2): 182. |
[10] | 朱刚兵, 裴元鹏, 陈煜轩, 易银辉, 孙恒, 吴向阳. 基于碳纳米管@氧化石墨烯纳米带核壳结构复合物的甲萘胺电化学传感研究[J]. 高等学校化学学报, 2015, 36(10): 1888. |
[11] | 皮子凤, 王倩倩, 张静, 宋凤瑞, 刘志强. 北五味子对糖尿病脑病大鼠脑中神经活性物质含量影响的在线微透析-高效液相色谱-串联质谱联用分析[J]. 高等学校化学学报, 2015, 36(3): 442. |
[12] | 李娟, 赵伟军, 李灵锋, 李鑫, 李鹏, 汪小知. 热解析-高场非对称波形离子迁移谱(FAIMS)技术快速检测合成色素[J]. 高等学校化学学报, 2014, 35(7): 1403. |
[13] | 陶羽宇, 李灵锋, 李鑫, 李鹏, 汪小知. 用高场非对称波形离子迁移谱技术快速检测二乙醇胺[J]. 高等学校化学学报, 2013, 34(11): 2499. |
[14] | 王萍, 倪永年. 抗氧化剂没食子酸丙酯合成纳米银及其应用[J]. 高等学校化学学报, 2013, 34(4): 837. |
[15] | 霍丹群, 李娟, 董家乐, 侯长军, 黄承洪, 戴斌, 法焕宝, 张良. 可视交叉传感阵列对蛋白质及其热变性过程的快速识别[J]. 高等学校化学学报, 2012, 33(11): 2422. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||