2017年12月8日，国际知名学术期刊 《自然·通讯》(Nature Communications) 在线发表了复旦大学生命科学学院、遗传工程国家重点实验室甘建华课题组与麻锦彪课题组合作的关于RNA-cleaving DNAzyme的研究成果。该研究用X-射线晶体学方法解析了8-17 DNAzyme与底物类似物的活性复合物结构，首次揭示了RNA-cleaving DNAzyme剪切RNA的分子机制，为DNAzyme的优化设计、基因沉默和临床治疗方面的应用提供了指导。
图1. 8-17 DNAzyme与底物类似物的复合物晶体结构
DNAzyme是一类具有催化功能的DNA分子。同蛋白质和RNA催化酶一样，DNAzyme能够催化多种类型的生化反应，并在不对称催化、生物传感器、DNA纳米技术以及临床诊断方面得到了广泛的应用。具有RNA剪切功能的RNA-cleaving DNAzyme是发现最早的一类DNAzyme。因为能够序列特异性地剪切目标RNA，导致目的基因的沉默，RNA-cleaving DNAzyme得到了非常广泛的关注和研究，并成功地应用于多类临床疾病的治疗。在过去的二十多年中，RNA-cleaving DNAzyme的机理研究吸引了国际上众多课题组的关注，但由于核酸晶体生长和衍射的困难，目前RNA-cleaving DNAzyme的结构和催化机制仍不明确。
针对上述困难，甘建华、麻锦彪以及美国Georgian State University（乔治亚州立大学）Prof. Zhen Huang（黄震）研究团队尝试了多种不同的方法，并最终借助非洲猪流感来源的DNA聚合酶的帮助，获得了RNA-cleaving DNAzyme与底物类似物及催化因子Pb2+离子的高分辨率的复合物结构 (图1)。复合物结构的原子模型显示，RNA-cleaving DNAzyme的活性中心具有一个新颖的V-shape构象，Pb2+离子则结合在活性中心的一个预先形成的结合口袋中。RNA-cleaving DNAzyme遵循酸碱催化机制，Pb2+离子可以辅助水分子的活化，促进RNA底物的降解。除了催化机理外，该研究同样通过一系列的突变和体外活性验证，揭示了DNAzyme各核苷酸碱基在结构和活性方面的重要性，解释了该酶剪切RNA的分子机制，为进一步开发应用DNAzyme以及相关基因疾病诊断治疗提供理论指导。
刘鹤华博士和于翔博士为论文的并列第一作者，复旦大学的甘建华教授、麻锦彪教授以及美国乔治亚州立大学的黄震教授为并列通讯作者。该研究得到了复旦大学生科院李继喜教授、林金钟教授以及State University of New York（纽约州立大学）的Prof. Jia Sheng（盛佳）课题组的大力支持，并获得了国家重点研发计划项目和国家自然科学基金资助。研究团队在上海同步辐射光源采集了晶体衍射数据，并主要使用复旦大学生科院的国重结构生物学平台完成了晶体生长、结构修正和相关活性验证工作。
