Serrano-Santos：適配體結構變化控制釋放納米器件的表徵

西班牙羅維拉-威爾吉利大學的Serrano-Santos團隊首先創建了一個生物素功能化的感測器，該感測器是關於生物素化的ATP結合適配體和在親和素層上的生物素化的AMP結合適配體的髮夾結構。如圖1所示，AMP結合的DNA核酸適配體（藍色鏈）是Huizenga等人篩選出的的27nt，與不匹配的核苷酸形成螺旋結構，當兩個AMP分子結合時，其總體分子構象變化不大。相比之下，髮夾結構是在3』端（黃色鏈）加入7個核苷酸，以形成互補序列的莖環結構。在此之前，定性地認為兩種形式在與配體結合時發生了明顯不同的結構重組，而在與AMP的交互作用下，在髮夾結構中發生的構象排列比在適配體中發生的要大得多。AMP的適配體獲得離解常數KD=43±12μM發到夾結構的KD略微增加為107±22μM，但也有一些優勢。這樣的髮夾設計對於開發熒光探針或電化學探針具有方便的意義。更重要的是，這種設計的髮夾結構似乎並不完美，但它確實代表了最佳的功能化介孔結構，配位髮夾作為納米閥門，在這裡，由於平均構象變化的整體反應將被觀察到，而不是單個配位分子的作用。如圖2所示，它們允許分子刺激在孔隙中觸發滲透率，而不是依賴於像pH或溫度這樣的大量刺激，這是設計智能納米設備的一個重大進步。

圖1. (A)藍色鏈是AMP的結合適配體，當它們結合時，靶物質AMP沒有顯著干擾整體結構(B)形成的發卡結構原理圖，黃色鏈是在AMP的結合適配體（藍色鏈）3』端上增加的7個鹼基用來形成莖環結構

圖2.介孔控制釋放或門控裝置的原理依賴於ATP的結合適配體的主要構象變化

在實驗中，我們首先在生物素功能化的感測器上創建了一個親和素層，在這個感測器上沉積了生物素化的ATP適配體分子或者生物素化的AMP適配體髮夾結構。8個獨立實驗中，AMP適配體固定後，平均結果頻率(△F)和耗散變化(△D，無量綱)分別在-28±5hz和(3.0±0.8)*10-6左右。

適配體沉積耗散的增加表明，與單獨使用親和素相比，由於緊密包裹的親和素頂部的適配體分子密度較低，形成了整體較軟的層。然後，在隨後的一系列濃度(10至750μM)的AMP注入過程中檢測到頻率明顯下降，並記錄到相應的耗散能量增加(圖3A)。這種響應可以明確地歸因於特定的適配體-靶物質的相互作用，而不是介質成分的體積變化，因為在基於聲波的感測器中，沒有引起任何顯著的上層薄膜的響應。

圖3.頻率變化（黑線）和耗散變化（綠線）

點評：

1. 核酸適配體一般是人們認為的精選的最優的一條核酸序列，但我們在運用時，完全可以根據他自身與把物質結合的特點以及構象變化的特點，進行適當的核酸裁剪。

2. 這也是一種通過核酸裁剪，構像發生變化，運用到納米材料中的新型應用。可以說是，比較具有前景，用於藥物的傳遞與釋放。

3. 這樣的發卡結構也經常用於熒光和電化學探針的設計。

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Serrano-Santos MB, Llobet E, ?zalp VC, et al. Characterization ofstructural changes in aptamer films for controlled release nanodevices.[J].Chemical Communications, 2012, 48(81):10087-10089.

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