研究破译DNA适体的复杂三维结构用于疾病治疗诊断

在发表于PNAS的一项研究中，一个研究小组首次解析了针对蛋白酪氨酸激酶7(PTK7)的sgc8cDNA适体高分辨率结构，高效设计了两种用于疾病治疗诊断的最佳sgc8c变体，并揭示了DNA分子复杂结构和功能组织的新原理。

适体是一种在临床诊断和靶向药物输送方面具有广泛应用的功能性核酸。适体对蛋白质靶标的高结合亲和力和特异性取决于其复杂的三维(3D)结构。

适体与蛋白质复合物的三维结构有助于理解和优化其功能。然而，由于适体和/或蛋白质的构象异质性，复合结构很难获得，而被认为缺乏类似RNA的相互作用的DNA分子的三维结构在很大程度上仍未得到探索。

Sgc8c是一个通过cell-SELEX筛选的41ntDNA适体，可以靶向白血病细胞。sgc8c的分子靶标是PTK7，这是一种在多种癌症中过表达的跨膜受体假激酶。

由于其对蛋白质和细胞靶标的高结合亲和力和特异性，sgc8c已成为癌症治疗诊断中最广泛使用的DNA适体之一。然而，sgc8c功能背后的结构基础仍然难以捉摸，需要从结构的角度理解和优化sgc8c的功能。

本次研究中，中国科学院杭州药物研究所谭伟宏教授、韩达教授和郭培副教授团队，首先利用溶液核磁共振(NMR)对sgc8c中的10个沃森-克里克碱基对进行探测，鉴定出P1、P2和P3三个配对区域。

随后，他们利用NMR化学位移扰动(P)和定点诱变分析证实P2中的核苷酸构成了关键结合元素。

在确认与PTK7的结合不会扰乱sgc8c的原始3D折叠后，研究人员确定了sgc8c的溶液NMR结构，并阐明了由长距离氢键和广泛的碱基-碱基堆积相互作用稳定的复杂的三向连接折叠。

几种相互作用在RNA中很常见，但在DNA分子中却很少见，它们对于维持sgc8c的结构和功能至关重要。最有趣的是，sgc8c可以从不同区域招募十多个核苷酸，并将它们组装到其关键的结构和功能框架中。

在已确定的结构和功能关系的指导下，研究人员有效地设计了两种最佳的sgc8c变体，它们同时表现出增强的热稳定性、生物稳定性以及对蛋白质和细胞靶标的结合亲和力，为多种基于适体的生物医学应用提供了新途径。

这项工作开发了一种基于NMR的简化方法来克服理解和优化靶向膜蛋白的DNA适体功能的挑战，并强调了相互作用在塑造DNA分子复杂结构和复杂功能中的关键作用。

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