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【化学生物学】合肥工业大学郑磊/瞿昊Angew：通过力化学偶联手段实现核酸适配体亲和力的细致调控

时间：2023-02-26 来源： 浏览：

【化学生物学】合肥工业大学郑磊/瞿昊Angew：通过力化学偶联手段实现核酸适配体亲和力的细致调控

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核酸适配体（aptamer）是能特异性识别靶标的核酸片段，是近年来兴起的新型生物识别探针。因具有合成容易、筛选无需活体、热稳定性高、靶标范围广等优势，作为抗体的优良补充在生物医药、食品安全检测等很多领域得到广泛应用，也是核酸药物的一类重要前体。然而核酸适配体与靶标结合时通常具有固定的亲和力，远不能满足实际应用的需求，如果能细致调控核酸适配体的亲和力将能极大拓展其功能和应用场景。目前已有的亲和力调控手段通常是对已有序列进行碱基变异，需要不断试错，费时费力；或者对已有序列进行理性设计，但要求对核酸适配体的折叠结构和结合域的性质有深入了解，存在较大局限性。
针对这一难题， 合肥工业大学 食品与生物工程学院 郑磊 教授、 瞿昊 教授与美国 斯坦福大学H. Tom Soh 教授合作开展了一系列研究。研究人员前期发现生物活性分子的动态构型与其功能存在密切关系（ Phys. Rev. X , 2013 , 3 : 011009）；同时发现双链DNA在弯曲时具有皮牛量级的拉伸力（ Phys. Rev. X , 2011 , 1 : 021008），而核酸适配体的折叠能量处于10 kJ/mol量级（ J. Am. Chem. Soc ., 2020 , 142 , 11743–11749）。在此基础上，研究人员独创性地 将双链DNA用作“分子力钳”与核酸适配体耦合，以附加配件的方式扰动其构型，基于理论模型计算精准分配核酸适配体处于折叠构象的比例，进而通过力化学偶联的方式实现了核酸适配体亲和性的细致调控 （如图1所示）。该方法无需知晓核酸适配体的折叠结构或结合机制即能达到调控目标，为核酸适配体乃至其他核酸结构的性能调控提供了一条简单通用的途径，从而将其升级为能够响应外部调控的“分子机器”，在自适应生物传感、超分辨成像、可编程纳米装置、精准药物控释、基因调控设计等研究方向发挥重要作用。

图1. 利用双链DNA分子力钳对核酸适配体的构型进行扰动，并基于理论模型计算精准分配核酸适配体处于折叠构象的比例，进而通过力化学偶联的方式实现核酸适配体亲和力的细致调控。
这一成果近期发表于 Angewandte Chemie International Edition 上。合肥工业大学食品与生物工程学院为该论文第一署名单位， 瞿昊 教授为论文第一作者，2019级硕士研究生 郑满意 为论文第二作者。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Allosteric Regulation of Aptamer Affinity through Mechano-Chemical Coupling
Hao Qu, Manyi Zheng, Qihui Ma, Lu Wang, Yu Mao, Michael Eisenstein, Hyongsok Tom Soh, Lei Zheng
Angew. Chem. Int. Ed. , 2023 , DOI: 10.1002/anie.202214045
郑磊博士简介

郑磊，合肥工业大学教授、博士生导师。1995年本科毕业于中国科学技术大学物理系物理专业，1997年获理学硕士学位（凝聚态物理专业），1999年获理学博士学位（凝聚态物理专业）。1999年11月至2001年7月南京大学物理系博士后，2001年7月至2011年5月先后在美国弗吉尼亚大学、英国剑桥大学、谢菲尔德大学、牛津大学从事科学研究工作。2011年5月任合肥工业大学黄山学者特聘教授，同年任合肥工业大学生物与食品工程学院副院长，2012年12月任合肥工业大学医学工程学院院长（其间：2013年3月至5月在国家教育行政学院第39期高校中青年干部培训班学习），2015年10月任合肥工业大学科研院院长，2019年12月任合肥工业大学副校长（其间：2020年8月至10月在国家教育行政学院第63期高校领导干部进修班学习；2021年9月至2022年1月在中央党校（国家行政学院）2021年秋季学期中青年干部培训班学习），2022年8月任合肥工业大学校长。
主要从事食品营养与安全以及物质科学与生命科学交叉领域的研究工作，国家重点研发计划食品安全关键技术重点专项“粮油食品供应链危害物识别与防控技术研究”项目负责人，主持承担国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目等20余项，以第一完成人获第二届安徽省创新争先奖章、第八届中国侨界贡献奖一等奖、安徽省自然科学奖一等奖等。现为教育部科技委专委会委员，中国食品科学技术学会理事，安徽省食品安全委员会专家委员会主任委员，安徽省“115”产业创新团队带头人，Research、科技导报、食品科学、食品工业科技等期刊编委。
https://www.x-mol.com/university/faculty/115561
瞿昊博士简介

瞿昊，合肥工业大学教授，博士生导师。2005年本科毕业于中国科学技术大学物理系物理专业，2012年于美国加利福尼亚大学洛杉矶分校物理系获理学博士学位。2012年10月起在美国加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校从事博士后和助理研究员工作，2016年2月起就职于合肥工业大学。
主要以构建食品生物传感的分子识别元件体系为核心内容，围绕如何发掘、优化与利用识别元件的基础“方法学”问题进行了系统研究。在相关领域发表SCI论文20余篇，包括以第一作者发表的 J. Am. Chem. Soc.、 Angew. Chem. Int. Ed.、ACS Nano、Phys. Rev. X 等。参编国家标准2项。现任安徽色谱分析学会理事。研究成果曾被科技日报头版、中国科学报、安徽日报、中新网、新华网、央视网、人民网、ScienceDaily、Science Trends等重要新闻媒体关注和报道。
https://www.x-mol.com/university/faculty/115594
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