DNA 是大家熟悉的雙股螺旋遺傳物質，而透過人工合成方式，單股 DNA 能與酵素組成巨分子 DNA 酵素（DNAzyme）。DNAzyme 是一種催化酵素，至今仍未在生物體中被發現，但它具有和核酶（ribozyme）類似可催化 RNA 降解、合成反應的功能，並且較核酶更加穩定。
DNAzyme 催化位點的雙臂結構由大約 15 個核酸單元組成，其特色是只要修改雙臂核酸序列，就能夠標靶任何 RNA 序列，具有治療 RNA 變異相關疾病的臨床潛力。
基因剪刀 CRISPR 並非萬能，用於基因治療有危險性？德國杜塞道夫大學（Heinrich Heine University Düsseldorf）近期發表於《Nature》的突破性研究，探討 DNAzyme 催化 RNA 的細部分子機制。他們以核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）光譜法觀察反應過程，此發現距離 DNAzyme 的臨床應用又更近一步。
結構可塑性、鎂離子輔助催化影響活性關鍵
自從 DNAzyme 於 20 多年前首次人工合成以來，至今醫療場域卻應用有限的一大原因，是其雖然在體外作用標靶 RNA 分子的效率極佳，但進入人體細胞後卻無法達成同樣效果，再加上科學家對於 DNAzyme 的基礎分子結構所知不多，因此難以開發改良的 DNAzyme 療法。
此研究團隊透過核磁共振光譜法，分析 DNAzyme 裂解 RNA 作用時的三維結構，發現 DNAzyme 催化位點會與 RNA 結合並包裹 RNA 片段、將其切割為兩個單元。
其中影響 DNAzyme 活性有兩元素，分別是其結構可塑性，以及鎂離子催化作用。這些因素使 DNAzyme 與 RNA 結合更有效率，並且反應完成後短時間內又能與新的 RNA 片段結合，進行另一催化反應。
持續提升鎂離子親合度以開發基因療法
研究團隊將持續以細胞試驗、類器官測試 DNAzyme 在活體的作用形式，並藉由提升其與鎂離子結合親合度，增加其反應活性。未來 DNAzyme 的臨床應用範疇可涵蓋神經退化性疾病與癌症。
以帕金森氏症（Parkinson’s disease）而言，即是因為患者腦內特定 mRNA 功能異常，造成 α-synuclein 過度累積及神經病變；癌症腫瘤細胞的 mRNA 也與正常細胞有所不同。 透過 DNAzyme 標靶異常 RNA 片段，將為這些疾病的基因療法展開新一頁治療方式。
延伸閱讀：首度可在細胞外複製 DNA 基因組，人工合成細胞成真不遠了！參考資料：
1. https://www.hhu.de/en/news-article/dnazymes-how-active-dna-molecules-with-therapeutic-potential-work
2. Nature, 2021; https://www.nature.com/articles/s41586-021-04225-4
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