DNA 是大家熟悉的双股螺旋遗传物质，而透过人工合成方式，单股 DNA 能与酵素组成巨分子 DNA 酵素（DNAzyme）。DNAzyme 是一种催化酵素，至今仍未在生物体中被发现，但它具有和核酶（ribozyme）类似可催化 RNA 降解、合成反应的功能，并且较核酶更加稳定。
DNAzyme 催化位点的双臂结构由大约 15 个核酸单元组成，其特色是只要修改双臂核酸序列，就能够标靶任何 RNA 序列，具有治疗 RNA 变异相关疾病的临床潜力。
基因剪刀 CRISPR 并非万能，用于基因治疗有危险性？德国杜塞道夫大学（Heinrich Heine University Düsseldorf）近期发表于《Nature》的突破性研究，探讨 DNAzyme 催化 RNA 的细部分子机制。他们以核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）光谱法观察反应过程，此发现距离 DNAzyme 的临床应用又更近一步。
结构可塑性、镁离子辅助催化影响活性关键
自从 DNAzyme 于 20 多年前首次人工合成以来，至今医疗场域却应用有限的一大原因，是其虽然在体外作用标靶 RNA 分子的效率极佳，但进入人体细胞后却无法达成同样效果，再加上科学家对于 DNAzyme 的基础分子结构所知不多，因此难以开发改良的 DNAzyme 疗法。
此研究团队透过核磁共振光谱法，分析 DNAzyme 裂解 RNA 作用时的三维结构，发现 DNAzyme 催化位点会与 RNA 结合并包裹 RNA 片段、将其切割为两个单元。
其中影响 DNAzyme 活性有两元素，分别是其结构可塑性，以及镁离子催化作用。这些因素使 DNAzyme 与 RNA 结合更有效率，并且反应完成后短时间内又能与新的 RNA 片段结合，进行另一催化反应。
持续提升镁离子亲合度以开发基因疗法
研究团队将持续以细胞试验、类器官测试 DNAzyme 在活体的作用形式，并借由提升其与镁离子结合亲合度，增加其反应活性。未来 DNAzyme 的临床应用范畴可涵盖神经退化性疾病与癌症。
以帕金森氏症（Parkinson’s disease）而言，即是因为患者脑内特定 mRNA 功能异常，造成 α-synuclein 过度累积及神经病变；癌症肿瘤细胞的 mRNA 也与正常细胞有所不同。 透过 DNAzyme 标靶异常 RNA 片段，将为这些疾病的基因疗法展开新一页治疗方式。
延伸阅读：首度可在细胞外复制 DNA 基因组，人工合成细胞成真不远了！参考资料：
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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