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第一部分 引言：RNA纳米技术的原理和基础3

第1章 崛起中的RNA纳米技术3

1.1 引言3

1.2 RNA独特的体内属性5

1.3 构建RNA纳米颗粒的技术7

1.4 RNA纳米技术的应用12

1.5 挑战和展望14

致谢15

附加信息15

参考文献15

第2章 RNA纳米技术应用于医疗中的独特性、优势、挑战、解决方案和前景21

2.1 引言22

2.2 RNA纳米技术的发展史22

2.3 RNA纳米技术的独特性27

2.4 治疗用RNA纳米颗粒的构建技术28

2.5 治疗应用中基于RNA的纳米颗粒的构建32

2.6 RNA纳米技术的体内应用优势36

2.7 RNA纳米技术的挑战、解决方案和前景37

2.8 结论43

致谢44

作者公开声明44

参考文献44

第二部分 RNA折叠、结构和基序在RNA纳米颗粒组装中的作用55

第3章 RNA的扭结转角结构基序55

3.1 k－转角基序55

3.2 k－转角的出现概率56

3.3 k－转角的结构56

3.4 k－转角的离子诱导折叠59

3.5 k－转角的蛋白质结合和稳定性59

3.6 通过第三位相互作用维持k－转角的稳定性61

3.7 非典型性k－转角结构63

3.8 k－转角复合体结构64

3.9 k－转角在RNA结构和折叠及RNA－蛋白质聚合生物起源中的作用64

致谢65

参考文献65

第4章 RNA纳米技术：借鉴于具有生物学活性的RNA纳米机器68

4.1 引言69

4.2 章节组成70

4.3 分子机器操作的物理限制70

4.4 核糖体：RNA酶和分子机器72

4.5 蛋白质合成中对核糖体的性能要求77

4.6 核糖体达到性能要求的方式途径——示例79

4.7 分析RNA三维结构概念上的工具89

4.8 RNA基序和核糖体功能91

4.9 生物信息学的挑战93

4.10 结论与展望94

致谢95

参考文献95

第5章 GNRA环及其受体基序的RNA三维结构的自然选择和结构多态性100

5.1 引言100

5.2 在大RNA序列环境下操作“典型”GNRA－受体相互作用的必要条件101

5.3 作为调节RNA接口因素的GNRA－受体相互作用103

5.4 “非典型”识别模式在RNA模块化组装的受体基序扩展结构的多样性105

5.5 结论109

致谢109

参考文献109

第6章 作为构建多功能RNA纳米颗粒支架的RNA接口基序111

6.1 引言111

6.2 3WJ基序113

6.3 4WJ基序119

6.4 未来的前景和展望121

致谢123

参考文献123

第三部分 RNA计算和结构预测在RNA纳米颗粒构建中的应用129

第7章 RNA纳米结构设计中的动力学作用129

7.1 引言129

7.2 RNA纳米结构的设计计算130

7.3 建模工具131

7.4 纳米结构的闭合问题132

7.5 RNA纳米结构闭合的分子动力学和表征134

7.6 动态环状纳米结构闭合的参数导向搜索135

7.7 产生环状纳米结构闭合动态状态的组合搜索135

7.8 动力学状态和形变控制相结合进行环状纳米结构闭合的搜索136

7.9 在RNA纳米结构闭合和表征中使用弹性网状建模方法137

7.10 各向异性网状模型用于解决环形纳米结构的闭合问题138

7.11 通过各向异性网状模型预测纳米立方体动态大小的改变138

7.12 总结140

致谢141

参考文献141

第8章 利用实验约束条件确定RNA三维结构146

8.1 引言146

8.2 利用离散分子动力学进行粗粒度RNA建模148

8.3 如何评估RNA的3D结构模型149

8.4 利用各样类型的结构信息确定RNA结构150

8.5 结论157

致谢157

参考文献157

第四部分 纳米颗粒合成、偶联和标记的RNA化学163

第9章 RNA纳米颗粒标记、连接及合成的核苷酸化学163

9.1 引言163

9.2 可用于RNA纳米技术和治疗的化学修饰法及偶联基团165

9.3 通过化学合成向RNA中引入修饰167

9.4 通过化学和酶学结合策略引入连接和标签172

9.5 总结和结论173

致谢173

参考文献174

第10章 RNA纳米技术中RNA的共价结合和连接178

10.1 引言：RNA修饰178

10.2 修饰RNA的固相合成178

10.3 合成后RNA的标记和共价结合180

10.4 酶促嵌入标记与活性标签182

10.5 化学连接184

10.6 酶促连接186

10.7 结论186

致谢187

参考文献187

第11章 应用于结构、功能和治疗研究的RNA原子特定修饰192

11.1 引言192

11.2 硫族元素的原子特定修饰（硫、硒和碲）194

11.3 卤素原子特异性修饰（氟、氯、溴、碘）198

11.4 碳、氮和硼原子的特异性修饰（甲基、氨基和硼烷基）201

11.5 展望204

致谢205

参考文献205

第五部分 单分子和生物物理技术在RNA纳米结构分析中的应用215

第12章 RNA的原子力显微镜：成像和其他功能215

12.1 原子力显微镜215

12.2 用于核酸AFM研究的基底和修饰218

12.3 分支DNA和RNA分子的AFM成像222

12.4 成像之外的功能：用AFM去折叠、解离和探测单个RNA分子229

12.5 结论231

致谢231

参考文献232

第13章 RNA纳米颗粒的单分子研究技术237

13.1 引言237

13.2 单分子荧光显微成像技术238

13.3 利用单分子成像技术进行化学计量239

13.4 利用单分子成像技术确定分子内和分子间的距离240

13.5 纳米机器和纳米颗粒的单分子运动研究242

13.6 在单分子水平上追踪非编码RNA的折叠245

13.7 mRNA翻译时的单分子成像技术247

13.8 通过光镊技术对RNA分子进行单分子操纵248

13.9 通过纳米孔传感技术对RNA进行单分子研究249

13.10 展望249

致谢250

参考文献250

第六部分 RNA纳米颗粒的组装方略259

第14章 RNA纳米颗粒制备方法：以噬菌体phi29包装RNA的结构特点为基础259

14.1 RNA纳米技术259

14.2 RNA纳米颗粒制备原理和工具260

14.3 以pRNA为基础的RNA纳米颗粒装配262

14.4 结束语268

致谢269

参考文献269

第15章 RNA－蛋白纳米结构的合成及其潜在应用276

15.1 引言276

15.2 RNP纳米技术：RNP复合体，一种新型纳米材料277

15.3 三角形的合成型RNP：设计和构建原理278

15.4 三角形RNP作为多功能媒介的可能应用280

15.5 前景：纳米技术和合成生物学领域的扩展281

致谢282

参考文献283

第16章 DNA纳米技术作为RNA纳米技术的参考285

16.1 设计287

16.2 结构DNA纳米技术289

16.3 动态DNA纳米技术304

16.4 生物学应用310

16.5 RNA为基础的纳米结构316

16.6 DNA纳米技术作为RNA纳米技术参考319

致谢319

参考文献320

第七部分 RNA纳米颗粒在癌症治疗、病毒感染和遗传病中的应用331

第17章 热力学稳定的RNA-3WJ用于构建具有药物传递系统作用的多功能纳米颗粒331

17.1 引言332

17.2 3WJ-pRNA的特性333

17.3 多模块3WJ-pRNA体外和体内评估337

17.4 3WJ-pRNA与其他3WJ基序比较340

17.5 方法345

致谢350

作者贡献350

附加信息350

参考文献351

第18章 设计和构建RNA纳米颗粒靶向给药治疗前列腺癌354

18.1 引言354

18.2 PSMA结合全长和截短适配体演化355

18.3 PSMA适配体运输治疗性RNA分子356

18.4 PSMA适配体运输毒性化合物357

18.5 PSMA高分子纳米颗粒运输的组合疗法358

18.6 PSMA适配体作为工具应用于癌症细胞成像和传感358

18.7 含有PSMA适配体和siRNA的超稳定RNA纳米颗粒的构建360

18.8 结论360

致谢361

参考文献361

第19章 RNA适配体结合RNA纳米颗粒靶向给药363

19.1 引言363

19.2 RNA纳米颗粒结构364

19.3 结合RNA适配体到RNA纳米颗粒的靶向药物传输366

19.4 RNA适配体结合pRNA纳米颗粒的应用现状369

19.5 结论与未来展望369

致谢370

参考文献370

第20章 外膜囊和外膜囊泡用于治疗脑疾病372

20.1 引言372

20.2 外膜囊泡373

20.3 大脑中的EMV379

20.4 医学治疗应用380

20.5 结论382

致谢382

参考文献382

第21章 RNA纳米颗粒的药代动力学与药效学研究390

21.1 引言390

21.2 影响纳米颗粒药代动力学的因素390

21.3 纳米颗粒在肿瘤中的药代动力学和生物分布391

21.4 最新研究进展392

21.5 结论395

参考文献395

第八部分 RNA纳米技术在诊断中的应用399

第22章 RNA纳米技术在传感、检测和疾病诊断中的应用399

22.1 引言399

22.2 核酶399

22.3 miRNA400

22.4 RNA适配体402

22.5 siRNA403

22.6 pRNA纳米颗粒运输系统403

参考文献404

第23章 RNA适配体在病毒检测与治疗中的应用潜力408

23.1 RNA适配体及其筛选方法，SELEX408

23.2 RNA适配体在病毒检测与疾病诊断中的应用410

23.3 RNA适配体在病毒感染性疾病治疗中的应用412

23.4 讨论与结论416

参考文献418

第九部分 RNA适配体在RNA纳米技术和治疗中的应用425

第24章 RNA适配体在纳米技术与治疗中的应用425

24.1 引言425

24.2 RNA适配体与分子配对技巧426

24.3 适配体衍生的核酸构建体428

24.4 以适配体为连接桥梁的纳米系统432

24.5 适配体驱动的动力结构的前景展望434

24.6 结论436

致谢437

参考文献437

第25章 谷氨酸离子受体的适配体靶向亚单位或构象442

25.1 引言442

25.2 靶向设计448

25.3 针对AMPA受体的RNA适配体的分离449

25.4 讨论与展望456

致谢457

参考文献457

第十部分 miRNA在RNA纳米技术和治疗中的应用467

第26章 miRNA在RNA纳米技术与抗病毒治疗中的应用467

26.1 引言467

26.2 miRNA纳米技术策略468

26.3 miRNA基础的抗病毒治疗475

26.4 miRNA纳米技术前景展望477

致谢478

参考文献478

第27章 MicroRNA:RNA纳米技术生物学及其作用484

27.1 引言484

27.2 miRNA的生物发生484

27.3 miRNA作用机制485

27.4 miRNA在疾病治疗中的作用485

27.5 治疗miRNA的运送487

致谢488

参考文献488

第十一部分 siRNA在RNA纳米技术和治疗中的应用495

第28章 自组装RNAi纳米颗粒研究进展495

28.1 引言495

28.2 RNAi作用机制496

28.3 经典siRNA疗法面临的挑战496

28.4 RNA纳米颗粒498

28.5 结论和展望503

致谢504

参考文献504

第29章 siRNA纳米颗粒自组装508

29.1 引言508

29.2 siRNA自组装所需材料509

29.3 siRNA纳米颗粒特征512

29.4 讨论516

29.5 展望517

致谢518

参考文献518

中英文术语对照524

索引533