细胞膜是由脂质、蛋白质和多糖等分子组成的生物边界，可保护细胞内物质不受环境的影响。通过细胞表面工程调控细胞间相互作用和细胞行为，对细胞命运和疾病治疗等方向的生物学研究具有重要意义。近日，我校钱若灿副教授与伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校陆艺教授合作，在细胞表面工程与调控领域取得了突破性进展，通过基于DNAzyme的细胞表面修饰实现了可由金属离子控制的细胞组装与解离，相关成果以“Cell Surface Engineering Using DNAzymes: Metal Ion Mediated Control of Cell-Cell Interactions”为题发表于美国化学会志（J. Am. Chem. Soc.2021, DOI: 10.1021/jacs.1c00060）。
通过细胞表面修饰诱导细胞间相互识别并进一步调控细胞行为，一直是近年来生命科学领域的研究热点。通过基因工程进行细胞表面修饰已经得到了广泛研究，但该方法操作复杂，且易受到细胞内复杂环境的干扰。因此，本工作设计了一种基于DNAzyme控制细胞间相互作用的细胞表面工程策略，在DNAzyme及其底物的5'端修饰胆固醇分子，并通过疏水作用自发插入到活细胞表面磷脂层中； 3'端采用荧光标记，可对细胞行为进行实时荧光成像跟踪。将DNAzyme及其底物分别修饰在两组细胞表面，通过DNAzyme与底物杂交，可实现细胞-细胞快速组装。进一步，加入特定的金属离子可切断底物，诱发细胞组装体的可控解离。为了更精细地调控细胞动态聚集-解离，本工作利用Zn2+和Mg2+特异性DNAzyme链和相应底物构建了DNA双链分子开关，实现了包括AND和OR运算在内的双离子细胞解离调控，通过双链杂交形成细胞组装体，基于Zn2+和Mg2+两种离子控制运算输出。
此外，利用建立的DNAzyme策略还可以实现多细胞球之间的相互作用，可操控T细胞球在不同肿瘤细胞球之间的迁移，为未来肿瘤治疗方面的应用开辟了新途径。
上述研究工作由我校硕士研究生周泽蕊在钱若灿副教授和陆艺教授指导下完成。论文的共同第一作者为钱若灿副教授和周泽蕊，共同通讯作者为钱若灿副教授和陆艺教授。该工作得到了李大伟教授的建议和帮助，并得到了结构可控先进功能材料及其制备教育部重点实验室、费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心的支持以及国家自然科学基金、国家科技重大专项等项目资助。
原文链接： https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.1c00060