Молекулярный скальпель: как укоротить и улучшить ДНК-аптамер для мгновенной диагностики инфаркт

Тропонин I (cTnI) — белок, который служит маркером повреждения сердечной мышцы при инфаркте, «золотой стандарт» для ранней диагностики. Чем раньше и точнее его определяют, тем лучше, отсюда и интерес к системам для экспресс-тестирования. Для этой цели хорошо могли бы подходить ДНК-аптамеры, условно говоря, синтетические аналоги антител, связывающиеся с нужными белками.

Красноярские ученые (ФИЦ КНЦ СО РАН, несколько институтов) совместно с коллегами из Москвы (Институт биохимии им. Баха РАН) использовали рациональный подход, чтобы получить укороченную и улучшенную версию высокоаффинного аптамера ApTnI12. Дело в том, что полноразмерные аптамеры, полученные методом SELEX, часто содержат «лишние» нуклеотиды, которые не участвуют в связывании, но могут мешать работе сенсора. Задача была в том, чтобы найти минимальную рабочую конструкцию, сохранив или улучшив её свойства.

Ученые создали серию укороченных вариантов ApTnI12, изучили их свойства и роль разных элементов. Так, например, G-квадруплекс — неизменное ядро. Эта стабильная структура оказалась критически важной как для общей устойчивости аптамера, так и для узнавания конкретного эпитопа (мишени) на белке cTnI.

А вот дуплексные области — источник специфичности. Оказалось, что именно эти окружающие квадруплекс элементы через электростатические взаимодействия и водородные связи значительно усиливают прочность связывания и, что важнее, его избирательность. Аптамер, состоящий только из голого квадруплекса, начинал «путать» cTnI с другими белками.

Учёные также сконструировали вариант, где один из природных дуплексов был заменён на случайную последовательность. Он показал сопоставимую аффинность со «специализированными» аптамерами, но, увы, вновь проиграл в специфичности.

Все это интересно не только «потому что это красиво» (с): понимая, как лучше всего получать нужные аптамеры, можно скорее прийти к разработке новых, более быстрых, точных и дешевых тест-систем — и не только на инфаркт.

Работа вышла в International Journal of Biological Macromolecules,  поддержана РНФ.

Источник: Пресс-служба ФИЦ КНЦ СО РАН