功能化核酸适体的筛选及分子识别应用

doi:10.7503/cjcu20210442

摘要/Abstract

摘要：

核酸适体是从寡核苷酸文库中筛选获得的一段单链寡核苷酸. 由于能与多种靶标分子高特异性结合, 核酸适体已发展成为一种新兴的分子识别工具, 广泛应用于生物医学等领域. 天然核酸文库有限的化学组成限制了核酸适体的结构和功能, 进而限制了其在分子识别中的应用. 功能化核酸适体通过引入特定的化学官能团使核酸序列具有更丰富的构象和功能, 增强其分子识别能力. 然而, 功能化核酸很难与核酸扩增方法兼容, 因而难以使用传统筛选方法进行功能化核酸的筛选. 因此, 优化筛选方法对于获得具有优异性能的功能化核酸适体至关重要. 本综述总结了功能化核酸适体的筛选方法, 并介绍了其作为分子识别工具在生物医学领域中的应用.

关键词: 功能化核酸适体, 筛选, 扩增, 分子识别

Abstract:

Aptamers are single-stranded oligonucleotides selected from oligonucleotide libraries. Due to their specific molecular binding ability， aptamers have been employed as molecular recognition tools and have been widely used in biomedicine. The finite chemical composition of natural nucleic acid libraries limits the structure and function of aptamers， thus restricting the applications of aptamers in molecular recognition. Functionalized aptamers introduce specific chemical functional groups to endow nucleic acid sequences with rich spatial conformation and new properties， enhancing their molecular recognition capabilities. However， functionalized nucleic acids are difficult to be compatible with nucleic acid amplification methods， making it difficult for traditional selection protocols to screen functionalized nucleic acids. Therefore， optimizing the selection strategies is essential to obtain functionalized aptamers with excellent performance. This review summarizes the selection methods of functionalized aptamers， and introduces the application of functionalized aptamers as molecular recognition tools in the field of biomedicine.

Key words: Functionalized aptamer, Selection, Amplification, Molecular recognition

中图分类号:

Q524

TrendMD:

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图/表 9

Fig.1 Chemical structures of 5?(1?pentynyl)?2′?deoxyuridine(A) and the interaction between radiolabelled aptamers and thrombin evaluated by itrocellulose filter binding(B)[28]Copyright 1994, Oxford University Press.

Fig.2 Chemical structures of modified deoxycytidine(Mod?dC) and modified deoxyuridine(Mod?dU) bearing a 5?(N?substituted?carboxamide) functional group R1 and R2, respectivelyR1 group: Modifications on dC; R2 group: modifications on dU.

Fig.3 GACTZP artificial genetic system(A)[33], schematic diagram of molecular design of aptamers containing P?Z pairs and the conformational regulation of integrin α3β1(B)[15](A) Left column: matched C?G, P?Z, and T?A pairs. Green parts: electron density presented to the minor groove. Right column: the screening process by the six?letter artificial genetic system. (A) Copyright 2011, American Chemical Society; (B) Copyright 2019, Wiley?VCH.

Table 1 Modified substrates of SFM4-3 polymerase

Type of accepted modification	Functional aptamers were screened using modified nucleic acid library	Ref.
2′?OMe	Human neutrophil elastase（HNE） aptamer	［36， 39］
2′?Fluoro	Human neutrophil elastase（HNE） aptamer	［37， 38， 41］
2′?Azido	Blood coagulation protein factor IX aptamer， neutrophil elastase（HNE） aptamer	［40］
2′?Chloro， 2′?amino/arabinose sugars	——	［38］

Fig.4 Chemical structures of base pairs in DNA libraries containing hydrophobic Ds bases(A)[45] and scheme of the SELEX procedure using DNA libraries with five different bases(B)[46](A) Copyright 2019, American Chemical Society; (B) Copyright 2017, American Chemical Society.

Fig.5 Schemeo of “positive/negative” SELEX strategyPositive selection: human pancreatic ductal adenocarcinoma cell line MiaPaCa?2; negative selection: human pancreatic ductal epithelial cell line HPDE?E6E7.

Fig.6 The structure diagram of 2′?deoxynucleosides and AS1411(A), photographs of the dissected tumors after treated with AS1411 or functionalized AS1411(B) and average tumor volume after treated with AS1411 or functionalized AS1411(C)[77]Copyright 2016, Springer Nature.

Table 2 Sequences of AS1411 and 2′-dI modified AS1411s

Aptamer	Sequence（5′?3′）	Aptamer	Sequence（5′?3′）
AS1411	ggt ggt ggt ggt tgt ggt ggt ggt gg	FAN?1324dI	ggt ggt ggt ggt dIgt ggt ggt ggdI gg
FAN?1224dI	ggt ggt ggt ggdI tgt ggt ggt ggdI gg	FAN?1524dI	ggt ggt ggt ggt tgdI ggt ggt ggdI gg

Table 3 Binding parameters for the affinity of D-/L-isoT(TD/TL) and/or 2′-dI modified AS1411 for nucleolin

Aptamer	K_D/（nmol·L^-1）	Aptamer	K_D/（nmol·L^-1）
AS1411	148.0	FCL?I（6_L/12_D）	9.56
12_D	31.9	FCL?II（6_L/12_D/24_dI）	4.7

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