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，得到了可自組裝的生物高分子。

自然界以兩種基本形式對信息、結構和功能進行編碼:核酸和蛋白質，核酸主要負責信息儲存與表達而蛋白質形成特殊結構行使功能。雖然DNA-高分子偶聯物成功結合了結構響應性以及序列特異性識別能力，但是其在生物體系中難以控制，并且局限于陰離子骨架。相對應的，多肽可以通過氨基酸側鏈來表達生物物理特性，但缺乏核酸的信息存儲與分子識別能力。肽核酸(PNA)是設計雙語生物高分子的理想結構，因為它能夠沿著中性類肽主鏈存儲序列信息，具有對互補核酸**的親和力和在復雜的生物環境中的穩定性，且能夠在序列特定的位置更換氨基酸側鏈。

圖1. 雙語PNA生物聚合物的示意圖。

作者設想通過特定位置的疏水性或親水性氨基酸側鏈可以得到具有兩親性結構的PNA并進行自組裝（圖1）。

作者以一個靶點miRNA-21為互補核酸鏈（圖2），設計了三種PNA結構作為對照（圖3）。三者都含有一個帶熒光集團側鏈的片段D（結構見圖5），用來進行后續的表征。

圖2. miRNA-21以及PNA序列

圖3. 三種PNA結構

PNA-A將疏水的丙氨酸側鏈和親水的賴氨酸側鏈引入到了PNA兩端的側鏈上，而PNA-aa則將兩個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結構后，作者先通過紫外熔融實驗分析了PNA-A、PNA-C和PNA-aa與互補DNA或miRNA-21的雜交。結果表明PNA-A與DNA、RNA結合的Tm都比PNA-C和PNA-aa高，說明γ位氨基酸側鏈的修飾增強了PNA互補的能力。

接著作者通過熒光測量表征了PNA-A的CMC（臨界膠團濃度）（圖6）。在形成膠團時，熒光的信號會增強，隨濃度變化的斜率也會增大，因此可以取兩者的交點表明在此濃度下膠團開始形成。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。（圖7）相對應的，PNA-C只顯示出少量的非晶組裝，PNA-aa表現出非晶組裝的非均質混合物，一些與PNA-A相似大小，但其他明顯更大，缺乏統一的形狀，作者猜想這與PNA-aa的鏈更柔性有關。作者也利用了DLS對粒徑大小進行了表征，結果基本與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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以上資料來自西安齊岳生物小編zhn2021.02.22

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