化学修饰提高核酸适体结合亲和力的研究进展

doi:10.7503/cjcu20210292

摘要/Abstract

摘要：

核酸适体(Aptamer)是通过体外筛选得到的短单链DNA或RNA寡核苷酸, 具有与抗体相当或更优异的特异性及亲和力, 且具有靶标范围广、易制备和灵活可控修饰、免疫原性低、批次差异性小以及易于运输保存等优势, 为食品、环境和生物医学等领域提供了全新的分子识别工具, 获得了研究者的广泛关注. 但是目前其商业应用的数量仍有限. 为了增强核酸适体的应用性能, 研究者对核酸适体进行了大量的改性研究. 本文系统总结了核酸适体筛选前、后采用非共价或共价方式对其进行化学修饰, 以增加核酸适体与靶标的结合亲和力的相关研究进展, 并对未来发展前景进行了展望.

关键词: 核酸适体, 指数富集配体系统进化技术, 化学修饰, 亲和力

Abstract:

Aptamers are short single-stranded DNA or RNA oligonucleotides obtained through in vitro systematic evolution of ligands by exponential enrichment（SELEX）. They possess high specificity and high affinity equivalent to or better than those of antibody. Moreover， they have been studied widely in food， environment， and biomedical fields due to many other advantages， such as wide range of targets， easy preparation， flexible and controllable modification， low immunogenicity， small batch variation， and easy storage. But so far， commercial applications of aptamers are still limited. Researchers have conducted numerous chemical modifications to enhance the performance of aptamers. This review focused on the non-covalent or covalent chemical modification of aptamers pre- and post-SELEX to increase the binding affinity of aptamer towards the target. It systematically summarized the research progress of chemical modification of aptamers in recent years and discussed the prospective of the future development.

Key words: Aptamer, Systematic evolution of ligands by exponential enrichment（SELEX）, Chemical modification, Binding affinity

中图分类号:

Q524

TrendMD:

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图/表 14

Fig.1 Schematic illustration of conventional SELEX process for the selection of aptamers

Fig.2 Equilibrium among the unfounded aptamer(Ⅰ), folded state(Ⅱ) and target bound state(Ⅲ)

Fig.3 Flow diagram illustrating the aptamer modifications discussed in this review

Fig.4 DNA aptamer selection using libraries containing hydrophobic Ds bases[46](A) Chemical structures of the indicated base pairs; (B) scheme of the SELEX procedure using DNA libraries with five different bases. Copyright 2013, Nature Publishing Group.

Fig.9 CuAAC functionalization of EdU?containing DNA molecules with azides(A), schematic representation of the library design(B) and schematic representation of the Click?SELEX process(C)[66]Copyright 2015, Wiley?VCH.

Fig.10 MLPD overview[81](A) Initial pool of MLPD?based SELEXA; (B) particle display; (C) to train and validate a neural network ML model; (D) the ML model extrapolates new sequences on the fitness landscape; (E) MLPD yields more candidates at each affinity level compared to the initial library, and enables sequence truncation without reduction in affinity. Copyright 2021, Nature Publishing Group.

Fig.11 Functional group aptamer modifications discussed in this review

Fig.12 Overview of nucleobase modifications introduced at the C5 position of dUTP(deoxyuridines triphosphate) or dCTP (deoxycytidine triphosphate) for the synthesis of so?called SOMAmers[15]Copyright 2020, International Journal of Molecular Sciences.

Fig.13 Terminal fixation restricting the flexibility of the original aptamer(A), schematic presentation of terminal fixation(B), scheme of the ITC(C), scheme of the tetrahedron?assisted triple helix?aptamer nanostructure(D) and schematic illustration of the developed electrochemical aptasensor(E)[99]Copyright 2019, American Chemical Society.

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