提高六字母DNA字母表复制的准确性

《ACS Chemical Biology》：Improving the Fidelity of Replication of a Six-Letter DNA Alphabet

研究人工遗传系统Z:P对在PCR中的稳定性问题，提出通过提升Z类似物pKa值可减少配对丢失，验证了Z^-:G错配导致替换的机制，并证实了高保真复制能力。

　　

沃森-克里克-富兰克林（WCF）规则描述了DNA和RNA反平行链中核碱基的配对方式，这些规则可以被用来创建人工扩展的遗传信息系统（AEGIS），该系统包含多达12个可独立复制的核苷酸，这些核苷酸通过六种氢键配对方式连接在一起。其中一种额外的配对方式连接了两种被简单标记为Z（6-氨基-5-硝基-(1H)-吡啶-2-酮）和P（2-氨基-咪唑-[1,2-a]-1,3,5-三嗪-(8H)-4-酮）的核苷酸。Z:P配对已被用于6核苷酸PCR技术，以生产诊断产品，应用于环境监测试剂盒中，并用于实验室体外进化（LIVE）实验。通过这种技术，研究人员生成了多种化合物，包括能够使毒素失活的分子、能够结合癌细胞的抗体类似物、能够将药物递送到癌细胞中的治疗候选物、用于识别癌细胞表面靶点的试剂、用于将物质转运穿过血脑屏障的试剂，以及具有核糖核酸酶活性的催化剂。然而，Z核苷具有酸性，其pK_a值约为7.8。在去质子化形式下（Z^–），Z^–会与G形成WCF配对。这导致在PCR过程中Z:P配对逐渐被C:G配对取代，或者通过反向过程引入新的C:G配对。在这里，我们研究了Z的类似物，这些类似物保留了与前几代Z杂环相同的供体-供体-受体氢键结构，仍能与P形成WCF配对，但其pK_a值更高。使用Taq聚合酶进行的实验表明，随着Z杂环pK_a值的增加，Z:P配对的丢失速率显著降低。这一发现直接支持了这样的假设：Z:P配对的丢失实际上是由于Z^–的脱质子化后与G之间的不匹配导致的。此外，这种Z:P系统具有非常高的复制保真度，在10,000倍扩增后仍能保留超过97%的Z:P配对。