适体
适体 (源自拉丁文“aptus”表示”适合”的意思,和希腊文“meros”表示”部位”的意思)是指与特定的目标分子结合的寡聚核酸或是 肽链。适体常常从大量的随机序列被挑选出来，但自然的适体依旧存在如核糖开关中。适体可以用在学术研究亦可以当作大分子药物应用在临床诊断上。在适体的目标分子存在的情况下，适体能与核酶结合并进行自我剪切的动作，这些复合物能应用在研究、工业与临床诊断上。
有高度专一性的适体能如下分类:
适体核酸
[编辑]适体核酸是一种核酸经由多次的体外选殖，或是经由SELEX(systematic evolution of ligands by exponential enrichment 配体指数增强系统进化技术)来与多种的目标分子，像小分子化合物、蛋白质、核酸，甚至细胞、组织与器官等等结合。适体常应用在生物技术与治疗等方面，因为它们能提供”对特定分子辨识”的这种特性，就如同也常被应用的抗体(脊椎动物体内原本就有抗体产生)一般。适体能设计在试管中、能快速的利用化学方法合成、保留好保存的特性与在治疗应用上抽出较少或无免疫原性。
在1990年, 两所实验室分别发展出了选殖技术: Gold实验室采用SELEX(配体指数增强系统进化技术)来选殖与T4DNA聚合酶结合的RNA 配体;Szostak实验室则命名并采用体外选殖来选殖与许多有机染剂结合的RNA配体。 Szostak实验室也给这些用核酸为原料的配体定义了适体(源自拉丁文apto为适合的意思)这个名词。两年之后,Szostak实验室与另一吉利德科学公司也分别著手研究 使用体外选殖计画来分别演化与有机染料、与人类凝血因子、与凝血酶结合的单股DNA配体。RNA与DNA适体并没有任何系统上的差异，相较于RNA，DNA适体依旧有比较高度的化学稳定性。
有趣的是，这种体外进行选殖的方法早在20多年前当索尔施皮格尔曼用Qbeta复制系统来演化自我复制的分子时已经实现了。[1] 此外，当发表体外选殖与SELEX技术的前一年, 杰拉尔德·乔伊斯 已经用‘直接演化(directed evolution)’技术来改变核酸酵素剪切的活性了。
因为适体的发现，许多的研究学者已经采用适体选殖来进行许多的应用与研究。在2001年, Ellington实验室将体外选殖在德克萨斯大学奥斯汀分校, 与在SomaLogic公司(Boulder, CO)进行自动化大幅地将实验时间从6星期缩短到3天。
在生物学与生物技术方面，人工的设计核酸配体备受注目，自然界中的适体在2002年前尚未被发现，分别由 罗纳德断路器领导与Evgeny Nudler领导的两个研究团队发现核酸为主的基因调控因子(又名核糖开关)与人工制造的适体有相似的分子识别特性。此外，发现新的基因调控模式，显示更多支持RNA世界学说的证据。
DNA与RNA构成的适体都对目标分子显现出很强的亲和力，[2][3][4] 而且DNA与RNA构成的适体已经发现某些有共同的目标分子，像是溶酶体,[5] 凝血酶,[6]爱滋病毒反式反应因子(human immunodeficiency virus trans-acting responsive element (HIV TAR)),[7] 高铁血红素,[8] 干扰素γ,[9] 血管内皮生长因子 (VEGF),[10] 前列腺抗体 (PSA),[11] [12]and 多巴胺.[13] 在目标分子是溶酶体、 HIV TAR、VEGF与多巴胺，DNA适体与RNA适体有很高的相似度，通常差在DNA是胸腺嘧啶而RNA是尿嘧啶取代;在目标分子是高铁血红素, 凝血酶,与干扰素γ的情况下, DNA适体与RNA适体从不相关的选殖系统选殖出，且有各自独特的序列。并非所有DNA适体与RNA 适体相似显现出DNA与RNA序列间相互功能的相似与差异，因此在功能与结构上还需更进一步的研究。
最近，聪明适体与聪明配体的概念被引进， 在预先计算适体与目标分子的平衡()、速率 (、常数)与热动能参数(ΔH, ΔS)的情况下选殖适体 毛细动力电泳是用来选殖聪明适体的一项技术，经过仅仅几回的选殖动作就能成功选殖出所需的适体。
现在在应用适体方面的治疗归功于美国的食品药物管理机构 (FDA)核准第一个适体药物用来治疗老人黄斑部病变 (AMD)称为治斑剂(Macugen)。此外，NeoVentures生技公司(http://www.neoventures[永久失效链接].) 已经成功的商业化第一个以适体为基础用来分析谷物霉菌毒素(mycotoxins)的诊断平台。许多家公司纷纷开发适体与适体抗体来取代抗体。
未修饰的适体在血液中会马上被清除，半生期从几分钟到几小时不等，主要因为肾脏的核酸酶的降解与清除，结果造成适体与生俱来的低分子重。目前未修饰的适体主要应用在治疗短暂停留的情况，如血液凝固;或是治疗器官，像眼睛这种允许适体的局部传送。这种快速分解的特性能应用在体内诊疗上，例如: 与粘蛋白(tenascin)结合的适体借由先灵公司应用在癌症治疗方面。 许多修饰方法，如 2'端氟取代的嘧啶、聚乙二醇 (PEG)连结等等(两者皆用在治斑剂(Macugen)方面，与FDA认可的适体)，科学家皆可获并且能增加适体的半生期到天或者周的程度。 另外一种增加适体抗核酸酵素的方法是发展Spiegelmer(完全以非天然的L形式核酸骨架构成)，相同序列的spiegelmer与相对应的RNA适体有相同的结合特性，除了与目标分子的镜像异构物结合。
除了发展适体治疗技术之外，许多研究学者像是Ellington实验室与SomaLogic公司(Boulder, CO)已经发展出借由适体来描绘血浆蛋白的技术称为适体血浆蛋白诊疗科技。此项科技将来能够运用在多生物标记蛋白来帮助诊断生病-健康的状态区别。人体学上的适体应用在HER2与EGFR膜蛋白，且已经被证明能应用在病理学上，借由急速冷冻的组织来研究内部调控。[14]
借由收集从体外选殖与SELEX科技操作出来的数据，Ellington实验室已经发展出适体数据库整合了全部已经发表的实验数据。能由以下网址搜寻 http://aptamer.icmb.utexas.edu/ （页面存档备份，存于互联网档案馆）.
更多关于适配子对手性多肽的检测 可以阅读 http://nanopore.weebly.com/ （页面存档备份，存于互联网档案馆）
适体肽链
[编辑]适体肽链是一种蛋白质被设计用来干扰、阻断其他在细胞中蛋白质的蛋白质交互作用，适体肽链由可变度高的多肽环接在protamersein骨架的两端上。这种双重构造限制大大的增加结合时的亲和力，与抗体的结合力可相比拟(奈米分子程度)。
多肽环的长度大概有10到20个胺基酸，骨架由好的溶解度与紧密度特性的蛋白质构成。现在，细菌蛋白 硫氧还原蛋白-A是最常用的骨架蛋白，多肽环插进骨架蛋白的还原活性位(野生种的蛋白中是-Cys-Gly-Pro-Cys-环)两个半胱氨酸侧链能够形成双硫键。
适体肽链能用别种系统来进行选殖，现今最常用的是酵母菌 双杂交技术.
配体调控的适体肽链(Ligand Regulated Peptide Aptamers (LiRPAs))选殖技术已经被实现。借由使用三聚 FKBP-雷帕霉素-FRB结构与随机的多肽和目标分子间的交互作用，且运用雷帕霉素或非免疫抑制相似物来调控，进而从骨架蛋白上取代7个胺基酸肽链。 另外可以从肽链合并后的集合中选殖出适体肽链借由噬菌体表现 与其他的表面表现技术像是mRNA表现、核酸表现、 细菌表现与酵母菌表现，这些实验程序也被称为生物掏洗。从生物掏洗得到的肽链中，模拟表位可以被视为一种适体肽链。这些从肽链合并后的集合中掏选出的肽链已被储存在特定的资料库称为MimoDB中。[15] 可以从以下网站中获得(https://web.archive.org/web/20121116054757/http://immunet.cn/mimodb/.)
适体促发现生物标记技术(AptaBiD)
[编辑]适体促发现生物标记技术(AptaBiD或Aptamer-Facilitated Biomarker Discovery)是一项应用在发现生物标记的技术。[16]适体促发现生物标记技术用使用多回的制造适体或者制造适体堆来与细胞上不同的分子标 记物结合并能促进侦测生物标记。主要分为三个阶段: (i)多回的选殖结合目标细胞生物标记的适体; (ii) 借由适体从目标细胞上分离生物标记; (iii) 应用质谱仪来辨别生物标记。适体促发现生物标记技术的主要特点是制造合成的亲和探针(适体)同时发现生物标记。在适体促发现生物标记技术中, 适体被设计与细胞表面的生物标记的原本状态与构型结合。除了促进辨识生物标记，这些适体还能直接在体内用来分离细胞、显现细胞、追踪细胞，甚至还能被用来调整细胞受体与配送不同抗原(例如:siRNA与药物) 进细胞的活性。
来源
[编辑]- ^ Mills, DR; Peterson, RL; Spiegelman, S. An extracellular Darwinian experiment with a self-duplicating nucleic acid molecule.. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1967 Jul, 58 (1): 217–24. PMID 5231602.
- ^ Neves, M.A.D.; O. Reinstein, M.Saad, P.E. Johnson. Defining the secondary structural requirements of a cocaine-binding aptamer by a thermodynamic and mutation study. Biophys Chem. 2010, 153: 9–16. PMID 21035241. doi:10.1016/j.bpc.2010.09.009.
- ^ Baugh, C.; D. Grate, C.Wilson. 2.8 angstrom crystal structure of the malachite green aptamer.. J. Mol. Biol. 2000, 301: 117–128. PMID 10926496. doi:10.1006/jmbi.2000.3951.
- ^ Dieckmann, T.; E. Fujikawa, X. Xhao, J. Szostak, J. Feigon. Structural Investigations of RNA and DNA aptamers in Solution. Journal of Cellular Biochemistry. 1995: 56–56.
- ^ Potty, A.; K. Kourentzi, H. Fang, G. Jackson, X. Zhang, G. Legge, R. Willson. Biophysical Characterization of DNA Aptamer Interactions with Vascular Endothelial Growth Factor.. Biopolymers. 2009, 91: 145–156. PMID 19025993. doi:10.1002/bip.21097.
- ^ Long, S.; M. Long, R. White, B. Sullenger. Crystal structure of an RNA aptamer bound to thrombin. RNA. 2008, 14 (2): 2504–2512. PMID 18971322.
- ^ Darfeuille, F.; S. Reigadas, J. Hansen, H. Orum, C. Di Primo, J. Toulme. Aptamers targeted to an RNA hairpin show improved specificity compared to that of complementary oligonucleotides.. Biochemistry. 2006, 45: 12076–12082. PMID 17002307. doi:10.1021/bi0606344.
- ^ Liu, M.; T. Kagahara, H. Abe, Y. Ito. Direct In Vitro Selection of Hemin-Binding DNA Aptamer with Peroxidase Activity. Bulletin of the Chemical Society of Japan. 2009, 82: 99–104.
- ^ Min, K.; M. Cho, S. Han, Y. Shim, J. Ku, C. Ban. A simple and direct electrochemical detection of interferon-gamma using its RNA and DNA aptamers.. Biosensors & Bioelectronics. 2008, 23: 1819–1824. PMID 18406597. doi:10.1016/j.bios.2008.02.021.
- ^ Ng, E.W.M; D.T. Shima, P. Calias, E.T. Cunningham, D.R. Guyer, A.P. Adamis. Pegaptanib, a targeted anti-VEGF aptamer for ocular vascular disease.. Nature Reviews Drug Discovery. 2006, 5 (2): 123–132. PMID 16518379. doi:10.1038/nrd1955.
- ^ Savory, N.; K. Abe, K. Sode, K. Ikebukuro. Selection of DNA aptamer against prostate specific antigen using a genetic algorithm and application to sensing.. Biosensors & Bioelectronics. 2010, 15: 1386–91. PMID 20692149. doi:10.1016/j.bios.2010.07.057.
- ^ Jeong, S.; S.R. Han, Y.J. Lee, S.W. Lee. Selection of RNA aptamers specific to active prostate-specific antigen.. Biotechnology Letters. 2010, 32: 379–85. PMID 19943183. doi:10.1007/s10529-009-0168-1.
- ^ Walsh, R.; M. DeRosa. Retention of function in the DNA homolog of the RNA dopamine aptamer.. Biochemical and Biophysical Research Communications. 2009, 388: 732–735. PMID 19699181. doi:10.1016/j.bbrc.2009.08.084.
- ^ Gupta S, Thirstrup D, Jarvis TC, Schneider DJ, Wilcox SK, Carter J, Zhang C, Gelinas A, Weiss A, Janjic N, Baird GS. Rapid Histochemistry Using Slow Off-rate Modified Aptamers With Anionic Competition.. Applied Immunohistochemistry & Molecular Morphology. Jan 2011, 19 (1): Epub ahead of print. PMID 21217521. doi:10.1097/PAI.0b013e3182008c29.
- ^ Huang, J; Ru, B, Zhu, P, Nie, F, Yang, J, Wang, X, Dai, P, Lin, H, Guo, FB, Rao, N. MimoDB 2.0: a mimotope database and beyond.. Nucleic Acids Research. 2011-11-03, 40 (1): D271–7. PMC 3245166
. PMID 22053087. doi:10.1093/nar/gkr922.
- ^ Berezovski MV, Lechmann M, Musheev MU, Mak TW, Krylov SN. Aptamer-facilitated biomarker discovery (AptaBiD). J Am Chem Soc. Jul 2008, 130 (28): 9137–43. PMID 18558676. doi:10.1021/ja801951p.
延伸阅读
[编辑]- Ellington AD, Szostak JW. In vitro selection of RNA molecules that bind specific ligands. Nature. Aug 1990, 346 (6287): 818–22. PMID 1697402. doi:10.1038/346818a0.
- Bock LC, Griffin LC, Latham JA, Vermaas EH, Toole JJ. Selection of single-stranded DNA molecules that bind and inhibit human thrombin. Nature. Feb 1992, 355 (6360): 564–6. PMID 1741036. doi:10.1038/355564a0.
- Hoppe-Seyler F, Butz K. Peptide aptamers: powerful new tools for molecular medicine. J Mol Med. 2000, 78 (8): 426–30. PMID 11097111. doi:10.1007/s001090000140.
- Carothers JM, Oestreich SC, Davis JH, Szostak JW. Informational complexity and functional activity of RNA structures. J Am Chem Soc. Apr 2004, 126 (16): 5130–7. PMID 15099096. doi:10.1021/ja031504a.
- Cohen BA, Colas P, Brent R. An artificial cell-cycle inhibitor isolated from a combinatorial library. Proc Natl Acad Sci USA. Nov 1998, 95 (24): 14272–7 [2013-07-01]. PMC 24363 . PMID 9826690. doi:10.1073/pnas.95.24.14272. （原始内容存档于2019-09-24）.
- Binkowski BF, Miller RA, Belshaw PJ. Ligand-regulated peptides: a general approach for modulating protein-peptide interactions with small molecules. Chem Biol. Jul 2005, 12 (7): 847–55. PMID 16039531. doi:10.1016/j.chembiol.2005.05.021.
- Sullenger BA, Gilboa E. Emerging clinical applications of RNA. Nature. Jul 2002, 418 (6894): 252–8. PMID 12110902. doi:10.1038/418252a.
- Ng EW, Shima DT, Calias P, Cunningham ET, Guyer DR, Adamis AP. Pegaptanib, a targeted anti-VEGF aptamer for ocular vascular disease. Nat Rev Drug Discov. Feb 2006, 5 (2): 123–32. PMID 16518379. doi:10.1038/nrd1955.
- Drabovich AP, Berezovski M, Okhonin V, Krylov SN. Selection of smart aptamers by methods of kinetic capillary electrophoresis. Anal Chem. May 2006, 78 (9): 3171–8. PMID 16643010. doi:10.1021/ac060144h.
- Cho EJ, Lee JW, Ellington, AD. Applications of Aptamers as Sensors. Annual Review of Analytical Chemistry. 2009, 2 (1): 241–64 [2013-07-01]. PMID 20636061. doi:10.1146/annurev.anchem.1.031207.112851. （原始内容存档于2019-09-24）.