中国科学院生态环境中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室赵强研究组在核酸适体亲和识别机制解析方面取得新进展。赵强研究组致力于环境和健康相关分子的识别传感和分析方法开发。之前其团队与中国科学院精密测量院李从刚研究员团队等合作利用核磁共振方法等解析了赭曲霉毒素A的适体复合物结构 （J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 731），近日，相关研究团队合作进一步成功解析黄曲霉毒素B1的核酸适体的高分辨溶液结构，揭示了核酸适体高亲和、高选择识别的分子机制，相关研究发表在学术期刊《核酸研究》（Nucleic Acids Research）上。
黄曲霉毒素是食品和环境中常见的小分子污染物，其中黄曲霉毒素B1（Aflatoxin B1，AFB1）是目前发现的致癌性最强的天然毒素，被世界卫生组织的癌症研究机构划定为Ι类致癌物, 严重威胁人类及动物的健康和生命安全。AFB1的灵敏检测对于食品安全、环境监测等至关重要。AFB1的适配体，具有高亲和力并可特异识别AFB1，自筛选发现后引起广泛的关注，并用于分析检测，具有良好的应用前景。采用AFB1的核酸适体，赵强研究组开发了一系列新颖的光、电传感分析方法等实现对AFB1的快速灵敏检测（Anal. Chem. 2019, 91, 7379; Biosensors Bioelectronics, 2019, 144, 11641）。然而，该适体高亲和识别AFB1的分子机制一直不清楚。
研究团队通过液体核磁共振方法解析了具有26个碱基的核酸适体AF26与AFB1复合物在溶液中的高分辨结构，阐释了核酸适体高亲和识别的分子机制。研究发现在没有AFB1的情况下，游离的AF26适体可形成简单的茎环结构（图1）。结合AFB1后，AF26上由16个碱基组成的环区由无规结构转变成结合诱导的特定构象，通过G·C配对以及G·G·C三联体形成了一个发卡、两个凸环结构。发卡和凸环合围形成AFB1的结合口袋。AFB1上下被G·C配对和G·G·C三联体夹持，侧面被五个未配对的T碱基包裹，通过堆积、供体原子-π、疏水等相互作用紧密结合。同时，研究人员也通过一系列突变对该结构进行了验证，基于高分辨结构进一步阐明了适体区分AFB1和其一个原子差别的同系物AFG1的分子机制，通过单碱基突变提升了适体对两种毒素的区分能力。该研究不仅有助于更好地理解适体的高亲和识别机制，同时也为适体的设计、修饰改造及应用开发奠定了重要的结构基础。
图1、核酸适体AF26-AFB1复合物的高分辨核磁共振结构
该研究以“Structural Basis for High-Affinity Recognition of Aflatoxin B1 by a DNA Aptamer”为题发表在学术期刊《核酸研究》（Nucleic Acids Research）上，中国科学院精密测量院研究员徐国华和博士生王晨，中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室博士生于皓为共同第一作者，中国科学院精密测量院研究员李从刚和中国科学院生态环境研究中心研究员赵强为通讯作者。
该研究工作得到了国家自然科学基金的项目支持。
论文链接: https://doi.org/10.1093/nar/gkad541
环境化学与生态毒理学国家重点实验室
2023年7月13日