【分析】三对三：三重对称核酸适体与多种新冠病毒刺突蛋白间的高亲和力分子识别

日期：2022-12-28 作者：admin 浏览：23 评论：0

核心提示：2022年年初，麦克马斯特大学的李应福和 John Brennan 共同领导的团队报道了一条能够识别多种新冠病毒

2022年年初， 麦克马斯特大学 的 李应福 和 John Brennan 共同领导的团队报道了一条能够识别多种新冠病毒刺突蛋白的核酸适体MSA52，但该核酸适体只能够结合三重对称刺突蛋白中的一个亚基，亲和力有限，不能满足新冠病毒的高灵敏检测要求。新冠病毒的刺突蛋白由三个相同亚基组成，且三者形成三重对称结构，这使得 构建与刺突蛋白结构匹配且亲和力高的同源三聚体识别分子成为可能。 最近，该团队通过人工合成 三重对称同源核酸适体TMSA52 实现了这一构想。

图1.（A）同源对称三聚体核酸适体TMSA52结合刺突蛋白的示意图。（B）核酸适体MSA52的二级结构。（C）TMSA52结构示意图。

蛋白质通过形成多聚体特异性识别特定的DNA序列，是生物体内存在的一种自然现象。蛋白单体间相互依存的分子结构为DNA底物的识别提供很好的结合位点。例如，II型限制性内切酶如 EcoRV 是众多二聚体蛋白中的一种，它们依靠两个相同的结构域来识别回文双链DNA。其中一个简单的点突变都能够显著的降低酶活性，破坏二聚体蛋白和回文双链DNA间的相互作用。蛋白和底物间的相互作用（包括结合力、催化活性等）能够通过这种对称多聚的形式得到极大的提升。

目前新冠病毒疫苗已经成功研发并被广泛使用，但是新冠病毒仍然对世界造成重大威胁。新冠病毒的一个重要特征是拥有刺突蛋白，刺突蛋白位于病毒表面，能够介导病毒进入宿主细胞。相对于其它蛋白，利用刺突蛋白作为靶标，发展相应的新冠病毒检测方法具有无需裂解病毒优势，这有利用简化检测方法。基于对刺突蛋白结构的认识，结合筛选获得的通用核酸适体MSA52，麦克马斯特大学团队通过人工合成将MSA52连接到三叉支链分子上，成功构建了三重对称同源核酸适体TMSA52（图1），实现了核酸适体对多种新冠病毒刺突蛋白的高亲和力识别。

研究表明，TMSA52对于8种新冠病毒刺突蛋白都具有很高的亲和力，结合常数能够达到皮摩（picomolar）级别，介于8.8 pM到23.7 pM之间。同时，TMSA52对于8种表达新冠病毒刺突蛋白的假病毒也具有很高的亲和力，结合常数能够达到飞摩（femtomolar）级别，介于31 fM到133 fM之间。而通过互补DNA封闭三聚体TMSA52中的一条或两条侧链都会显著的降低该核酸适体对靶标的结合能力。

随后，他们利用铱包钯纳米立方体（Pd-Ir nanocubes）作为纳米酶，发展了一种能够高灵敏检测唾液中新冠病毒的方法，称为酶连核酸适体结合分析（enzyme-linked aptamer binding assay，ELABA）。该方法通过TMSA52上固定的生物素与链霉亲和素的强相互作用，将TMSA52分别固定于96孔板基底和铱包钯纳米立方体表面。在新冠病毒存在时，TMSA52与新冠病毒的结合会将铱包钯纳米立方体固定于96孔板表面。此时加入四甲基联苯胺（TMB）和双氧水就能够促发铱包钯纳米立方体的催化显色反应，将四甲基联苯胺氧化，形成在450 nm有特征吸收峰的氧化产物。最后，通过氧化产物的吸光度测定新冠病毒的含量。该方法能够灵敏的检测唾液中多种表达新冠病毒刺突蛋白的假病毒，检测限能够达到6.3 × 10 ³ 拷贝每毫升（copies/mL）。同时，他们将该方法用于临床唾液样品中新冠病毒检测。对于50个阳性样品和60个阴性样品的结果表明，该方法的临床检测灵敏度为84.0%，选择性为98.3%（图2）。因此，TMSA52对于发展新冠病毒的快速检测方法具有极大的应用前景。

图2. （A）酶连核酸适体结合分析（ELABA）示意图。（B）基于TMSA52的酶连核酸适体结合分析用于唾液中新冠病的检测。

这一成果近期发表在 J. Am. Chem. Soc. 上，文章的第一作者是麦克马斯特大学博士后 李久兴 。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Three on Three: Universal and High-Affinity Molecular Recognition of the Symmetric Homotrimeric Spike Protein of SARS-CoV-2 with a Symmetric Homotrimeric Aptamer

Jiuxing Li, Zijie Zhang, Jimmy Gu, Ryan Amini, Alexandria Mansfield, Jianrun Xia, Dawn White, Hannah D. Stacey, Jann C. Ang, Gurpreet Panesar, Alfredo Capretta, Carlos D. M. Filipe, Karen Mossman, Bruno J. Salena, Jonathan Gubbay, Cynthia Balion, Leyla Soleymani, Matthew S. Miller, Deborah Yamamura, John D. Brennan,* and Yingfu Li*

J. Am. Chem. Soc ., 2022 , DOI: 10.1021/jacs.2c09870

李应福博士简介

李应福博士1997年毕业于加拿大西蒙弗雷泽大学，获得博士学位，导师是著名生物化学家Dipankar Sen。1997年至1999年，李应福博士在美国耶鲁大学著名生物化学家Ronald Breaker教授课题组从事博士后研究工作。自1999年以来，李应福博士一直担任麦克马斯特大学生物化学与生物医学科学系教授。

李应福教授长期从事人工进化筛选技术研究，设计人造DNA与RNA生物分子，用于解决基本的生物化学及进化问题，并将其广泛的应用于生物化学与生物医学领域。李应福教授的研究成果得到加拿大创新基金、加拿大自然科学和工程基金、加拿大卫生研究基金、加拿大首席研究员计划和中国国家自然科学基金等基金会的支持，在国际顶尖学术期刊 Nat. Chem., Nat. Chem. Biol., Nat. Commun., Nucleic Acids Res., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Acc. Chem. Res., Adv. Mater., ACS Nano 等杂志发表论文近240篇并拥有30多项美国专利。此外，李应福教授还担任 Advanced Agrochem 共同主编和 Analysis & Sensing 杂志的编委，获得加拿大首席科学家、加拿大卫生研究院研究基金会新人奖、加拿大安大略省省长优秀研究人才奖、加拿大化学学会W. A. McBryde勋章和中国国家自然科学基金杰出青年科学家(海外)等荣誉。

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