双语PNA主链添加氨基酸形成生物聚合物（PNA-A、PNA-C和PNA-aa）的示意图

通过在PNA的主链上加入特定的氨基酸基团，得到了可自组装的生物高分子。

自然界以两种基本形式对信息、结构和功能进行编码:核酸和蛋白质，核酸主要负责信息储存与表达而蛋白质形成特殊结构行使功能。虽然DNA-高分子偶联物成功结合了结构响应性以及序列特异性识别能力，但是其在生物体系中难以控制，并且局限于阴离子骨架。相对应的，多肽可以通过氨基酸侧链来表达生物物理特性，但缺乏核酸的信息存储与分子识别能力。肽核酸(PNA)是设计双语生物高分子的理想结构，因为它能够沿着中性类肽主链存储序列信息，具有对互补核酸**的亲和力和在复杂的生物环境中的稳定性，且能够在序列特定的位置更换氨基酸侧链。

图1. 双语PNA生物聚合物的示意图。

作者设想通过特定位置的疏水性或亲水性氨基酸侧链可以得到具有两亲性结构的PNA并进行自组装（图1）。

作者以一个靶点miRNA-21为互补核酸链（图2），设计了三种PNA结构作为对照（图3）。三者都含有一个带荧光集团侧链的片段D（结构见图5），用来进行后续的表征。

图2. miRNA-21以及PNA序列

图3. 三种PNA结构

PNA-A将疏水的丙氨酸侧链和亲水的赖氨酸侧链引入到了PNA两端的侧链上，而PNA-aa则将两个丙氨酸和赖氨酸直接接在了PNA主链的两端。PNA-C为主链无氨基酸侧链的PNA。图4和图5为PNA单体以及片段D的合成路线。

图4. PNA单体合成路线

图5. 片段D的合成路线

在合成以及表征了PNA结构后，作者先通过紫外熔融实验分析了PNA-A、PNA-C和PNA-aa与互补DNA或miRNA-21的杂交。结果表明PNA-A与DNA、RNA结合的Tm都比PNA-C和PNA-aa高，说明γ位氨基酸侧链的修饰增强了PNA互补的能力。

接着作者通过荧光测量表征了PNA-A的CMC（临界胶团浓度）（图6）。在形成胶团时，荧光的信号会增强，随浓度变化的斜率也会增大，因此可以取两者的交点表明在此浓度下胶团开始形成。作者还通过TEM（透射电子显微镜）观察了PNA-A在100μM下形成的胶团。（图7）相对应的，PNA-C只显示出少量的非晶组装，PNA-aa表现出非晶组装的非均质混合物，一些与PNA-A相似大小，但其他明显更大，缺乏统一的形状，作者猜想这与PNA-aa的链更柔性有关。作者也利用了DLS对粒径大小进行了表征，结果基本与TEM一致。

图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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以上资料来自西安齐岳生物小编zhn2021.02.22

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