生命体是一个动态有序的系统，细胞中的分子反应通常受到严格的动态时空调控。在细胞外重建与生物细胞内类似的分子网络，模拟并精准调控分子反应仍充满挑战。近年来，可编程、可寻址的DNA纳米结构被用于细胞外生物大分子网络的构建，在纳米级组装、定位和组织等方面取得进展。特别地，动态 DNA 纳米结构为更复杂和更有力的分子反应调控提供了一条潜在途径。在课题组前期研究的动态变构DNA纳米结构与分子通信系统的基础上 （Angew. Chem., Int. Ed. 2020, 59, 12991-12997.；J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 14566-14573; Angew. Chem., Int. Ed. 2020, 59, 23277-23282.），宋杰教授团队以可重构DNA折纸多米诺阵列(DODA)作为调控DNA分子反应的动态支架，实现了对有副产物的反应、可逆反应和惰性反应的定向调控以及分子级联反应的可控地时空动态调控，为模拟和调控自然过程提供了复杂的动态模型系统。
作者以G-四链体的组装（有副产物的反应）、平行双链杂交（可逆反应）和二分体脱氧核酶的组装（惰性反应）进行了例证与研究，构建了基于DODA的分子反应调控体系。同时，作者详细探讨了不同构象的二维和三维DODA平台对不同类型分子反应的调节能力。与自由体系对比，基于DODA的分子反应调控体系为反应物的空间组织排布提供了平台，可以调控反应物在空间组织关系上分隔开，限制了反应物之间的串扰，并确保分子反应可以完全基于DODA纳米结构指导和调节，并避免了不良副反应的发生。 接着利用可重构DODA纳米结构的可控级联构象变化，即从二维-窄（2D-N）到二维-宽（2D-W），再到三维-窄（3D-N），最后到三维-宽（3D-W），动态调节分子反应单元之间的距离，实现了分子反应状态的时空动态调控，即从“Off”到“Switch on”，再到“On”，最后到“Switch off”。这为复杂的动态结构的形成增加额外的控制水平。在这一贡献中，该方法的创新之处在可重构的DODA纳米结构为分子反应单元提供了可控的空间分离和靠近平台，有效防止反应单元间非特异性反应直至被触发。此外，其他功能性分子（如适配体、荧光分子、蛋白质等）也可以高精度地编程到 DODA纳米结构上，用以模拟并探究相关自然过程。 最后，基于DODA的分子反应动态调控体系，作者进一步探究了二分体脱氧核酶和G-四链体间的级联反应，即DODA的构象变化首先使得二分体脱氧核酶得以组装，组装的二分体脱氧核酶的切割产物进一步使得G-四链体组装，得到的G-四链体和溶液中的氯化血红素结合，形成具有过氧化物酶活性的DNA酶，催化H2O2氧化TMB反应，最终生成蓝色产物。该工作为探索纳米受限环境中的生物催化级联提供了见解和可控平台。 论文信息： Spatiotemporal Control of Molecular Cascade Reactions by a Reconfigurable DNA Origami Domino Array Sisi Fan,Bin Ji,Yan Liu,Kexuan Zou,Zhijin Tian,Bin Dai,Daxiang Cui,Pengfei Zhang,Yonggang Ke,Jie Song Angewandte Chemie International Edition
