本周给大家分享一篇Angewandte上，“”Repaired and Activated” DNAzyme Enables the Monitoring of DNA Alkylation Repair in Live Cells”。本文通讯作者是来自湖南大学化学化工学院化学生物传感与计量学国家重点实验室的吴振坤教授和蒋健晖教授，后者的研究方向为生物传感和生物成像，主要涉及生物大分子与细胞半合成及生物成像、生物传感技术与芯片等方面的研究。

基因组DNA一旦受到化学物质的攻击，细胞内会产生大量的烷基化试剂，可以攻击DNA的易感位置，从而产生碱化突变，如O6MeG、1MeA和3MeC。这些突变可能会破坏基因复制和转录，导致细胞毒性。酶介质DNA修复是去除这些烷基突变，以保持基因组完整性和正常生物功能的主要机制。其中，O6-甲基鸟嘌呤-DNA-甲基转移酶（MGMT）和AlkB同源的（ALKBH）家族被确定为负责直接去除哺乳动物细胞甲基突变的两种主要蛋白质，其表达水平与肿瘤的生长和侵入性有密切关系。而DNA修复的直接测量对于其临床相关性和癌症治疗药物的发现至关重要。其中工程核酸已成为开发荧光探针以测量DNA损伤修复的有效工具。然而，只有很少的核酸探针被证明能用于活细胞应用。

DNAzymes 是一类具有催化活性的功能核酸，其中，两个经典的RNA切割 DNAzyme （被命名为8-17和10-23）在特定的金属离子结合之后，可以催化 RNA 断裂。尽管DNAzymes在生物分子检测以及体内外的基因调节的应用中取得了巨大的成就，但其在监测DNA碱化修复方面的优势并没有得到很好地开发。

DNAzyme 通常包括催化域和底物结合域。作者推测催化核心的甲基突变将对DNA的催化活性产生巨大影响，而DNA修复则可以恢复催化活性。基于这个假设，作者在8-17的结构上，在指定位置加入单个甲基突变（O6MeG，3MeC或1MeA），通过系统筛选，报告了一个”修复和激活”DNA酶，将其取名为RADzyme。

首先，为了开发用于直接监测 MGMT 介导的 DNA 修复的”修复和激活”荧光 DNAzyme 传感器，作者从设计具有单个O6MeG突变的 8-17 DNAzyme 开始测试。作者推测五个核苷酸（G5、 G7、G10、G11、G14）和在切割位置附近的核苷酸 G1.1可能对于活性的影响很大，因此对这几个位点进行了突变。为了对DNAzyme的活性进行荧光监测，作者设计了一个荧光淬火基团，分别标记在两端，通过荧光的出现检测DNAzyme的活性。作者发现RADzyme的催化活性被显著抑制，并且通过酶介导的DNA修复，可以恢复DNAzyme的活性，其中O6MeG14-RADz具有最好的效果。这一发现首次为化学修饰对8-17 DNAzyme催化活动影响提出了独特的见解。

同时，作者将其开发成一种荧光RADzyme传感器，用于检测MGMT-介导修复O6MeG。作者观察到使用O6MeG14-RADz传感器传输的MCF-7细胞中（具有高的MGMT表达细胞系）的荧光信号出现。而无活性的NC-Dz转染的对照检测显示非常低的荧光反应。敲低MGMT则会影响O6MeG14-RADz传感器信号的出现。这一结果表明，O6MeG14-RADz传感器是由MGMT介质DNA修复激活的。最后，作者还成功地设计了另一个RADzyme传感器，用于监测3MeC突变的ALKBH2介质修复。

总而言之，“修复和激活”DNAzyme传感策略，是一种便于模块化的策略，为癌症诊断、药物发现和治疗评估提供了一个很有前途的工具。