雙語PNA主鏈添加氨基酸形成生物聚合物（PNA-A、PNA-C和PNA-aa）的示意圖

通過在PNA的主鏈上加入特定的氨基酸基團(tuán)，得到了可自組裝的生物高分子。

自然界以兩種基本形式對(duì)信息、結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行編碼:核酸和蛋白質(zhì)，核酸主要負(fù)責(zé)信息儲(chǔ)存與表達(dá)而蛋白質(zhì)形成特殊結(jié)構(gòu)行使功能。雖然DNA-高分子偶聯(lián)物成功結(jié)合了結(jié)構(gòu)響應(yīng)性以及序列特異性識(shí)別能力，但是其在生物體系中難以控制，并且局限于陰離子骨架。相對(duì)應(yīng)的，多肽可以通過氨基酸側(cè)鏈來表達(dá)生物物理特性，但缺乏核酸的信息存儲(chǔ)與分子識(shí)別能力。肽核酸(PNA)是設(shè)計(jì)雙語生物高分子的理想結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗�能夠沿著中性類肽主鏈存�?chǔ)序列信息，具有對(duì)互補(bǔ)核酸**的親和力和在復(fù)雜的生物環(huán)境中的穩(wěn)定性，且能夠在序列特定的位置更換氨基酸側(cè)鏈。

圖1. 雙語PNA生物聚合物的示意圖。

作者設(shè)想通過特定位置的疏水性或親水性氨基酸側(cè)鏈可以得到具有兩親性結(jié)構(gòu)的PNA并進(jìn)行自組裝（圖1）。

作者以一個(gè)靶點(diǎn)miRNA-21為互補(bǔ)核酸鏈（圖2），設(shè)計(jì)了三種PNA結(jié)構(gòu)作為對(duì)照（圖3）。三者都含有一個(gè)帶熒光集團(tuán)側(cè)鏈的片段D（結(jié)構(gòu)見圖5），用來進(jìn)行后續(xù)的表征。

圖2. miRNA-21以及PNA序列

圖3. 三種PNA結(jié)構(gòu)

PNA-A將疏水的丙氨酸側(cè)鏈和親水的賴氨酸側(cè)鏈引入到了PNA兩端的側(cè)鏈上，而PNA-aa則將兩個(gè)丙氨酸和賴氨酸直接接在了PNA主鏈的兩端。PNA-C為主鏈無氨基酸側(cè)鏈的PNA。圖4和圖5為PNA單體以及片段D的合成路線。

圖4. PNA單體合成路線

圖5. 片段D的合成路線

在合成以及表征了PNA結(jié)構(gòu)后，作者先通過紫外熔融實(shí)驗(yàn)分析了PNA-A、PNA-C和PNA-aa與互補(bǔ)DNA或miRNA-21的雜交。結(jié)果表明PNA-A與DNA、RNA結(jié)合的Tm都比PNA-C和PNA-aa高，說明γ位氨基酸側(cè)鏈的修飾增強(qiáng)了PNA互補(bǔ)的能力。

接著作者通過熒光測(cè)量表征了PNA-A的CMC（臨界膠團(tuán)濃度）（圖6）。在形成膠團(tuán)時(shí)，熒光的信號(hào)會(huì)增強(qiáng)，隨濃度變化的斜率也會(huì)增大，因此可以取兩者的交點(diǎn)表明在此濃度下膠團(tuán)開始形成。作者還通過TEM（透射電子顯微鏡）觀察了PNA-A在100μM下形成的膠團(tuán)。（圖7）相對(duì)應(yīng)的，PNA-C只顯示出少量的非晶組裝，PNA-aa表現(xiàn)出非晶組裝的非均質(zhì)混合物，一些與PNA-A相似大小，但其他明顯更大，缺乏統(tǒng)一的形狀，作者猜想這與PNA-aa的鏈更柔性有關(guān)。作者也利用了DLS對(duì)粒徑大小進(jìn)行了表征，結(jié)果基本與TEM一致。

圖7. PNA-A的STMScale bars = 2000 nm(左上), 1000 nm (右上), 500 nm (左下), 50 nm(右下). 

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以上資料來自西安pg電子官方生物小編zhn2021.02.22

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