角度可控RNA纳米瓦片实现可编程阵列组装与RNA传感新突破

编辑推荐：本研究针对人工RNA纳米结构种类有限、复杂度不足的难题，开发了22种基于反平行交叉和T型连接的RNA瓦片（TC-RNA tiles），通过调控T环长度实现65°或90°精确角度控制。研究揭示了阵列组装的关键设计参数，成功构建一维/二维纳米结构，并整合split broccoli RNA适体实现靶标RNA荧光激活检测。该工作拓展了人工RNA纳米工具箱，为生物传感、药物递送等应用提供了模块化平台。

　　

在生物纳米技术领域，RNA因其结构多样性和功能可编程性成为继DNA之后的明星分子。然而，与成熟的DNA纳米技术相比，人工设计的RNA纳米结构仍面临种类单一、组装可控性差等瓶颈。这主要源于RNA独特的A型螺旋构象（与DNA的B型螺旋不同）和2'-羟基带来的折叠复杂性。现有RNA结构多依赖天然模体改造或DNA设计思路移植，难以实现复杂功能集成。

美国罗格斯大学Fei Zhang团队在《Nature Communications》发表突破性研究，通过创新性整合反平行交叉（antiparallel crossovers）和T型连接（T-junctions），开发出22种角度可控的TC-RNA瓦片。这些结构通过调节T环长度（6nt或8nt）实现65°或90°精确角度调控，并成功应用于可编程RNA传感系统。研究采用多学科技术手段：原子力显微镜（AFM）验证纳米结构形貌，冷冻电子断层扫描（cryoET）解析三维组装特征，非变性凝胶电泳分析组装效率，荧光光谱检测split broccoli适体功能。特别值得注意的是，研究者同时开发了共转录折叠（co-transcriptional folding）的单链TC-RNA瓦片，为体内应用奠定基础。

【设计角度可控的TC-RNA瓦片】
通过系统比较三种T型连接（T1-T3），发现8nt T环配合非配对核苷酸可使垂直臂产生65°自然夹角，而6nt T环形成90°夹角。引入交叉结构增强臂部刚性后，AFM显示TC-RNA-8能形成线性、分支和环形等多种组装形态，cryoET重建证实其尺寸与设计模型吻合（水平间距11.6±0.7nm，垂直间距10.3±0.6nm）。

【一维/二维阵列组装调控】
对比12种二维组装瓦片发现：在云母表面TAB缓冲液中退火（on-mica TAB）产生的网格最规则；垂直臂长度21nt的TC-RNA-15比28nt的TC-RNA-16更易形成平整网格，归因于180°翻转的自校正机制；而双交叉强化的TC-RNA-17在溶液中自发卷曲成管状结构，揭示单体瓦片存在本征曲率。

【适体功能化与RNA传感】
将split broccoli适体整合至TC-RNA瓦片后，阵列1（65°）和阵列2（90°）分别显示138倍和129倍荧光增强。创新的AB半梯设计（阵列3+4）通过靶标触发的适体重组实现68.9倍荧光激活。针对KRAS mRNA衍生物的传感阵列5在10nM检测限下显示71.3倍信号增益，且能区分单核苷酸突变（如M1突变使信号降低20%）。双适体阵列6进一步将灵敏度提升至165.6倍。

这项研究建立了RNA纳米结构设计的全新范式，其角度可控特性突破了传统组装几何限制。单链共转录折叠验证为体内合成铺平道路，而模块化适体整合策略为疾病诊断提供了可编程传感平台。研究者特别指出，TC-RNA瓦片未来可搭载siRNA（小干扰RNA）、microRNA等功能元件，在分子机器人构建和靶向治疗中展现广阔前景。该工作被审稿人评价为"RNA纳米技术领域的重要里程碑，为生物医学应用开辟了新维度"。