Постселекционное конструирование аптамеров: сравнительное исследование аффинности ДНК-аптамеров к рекомбинантному внеклеточному домену рецептора эпидермального фактора роста человека

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В работе дана сравнительная оценка аффинности сконструированных ДНК-аптамеров к внеклеточному домену рецептора эпидермального фактора роста человека (EGFR*). Суммированы данные по аффинности 20 аптамеров, опубликованные ранее. Разнообразие способов селекции аптамеров и методов измерения аффинности требует унификации алгоритмов сравнения. Это необходимо и для следующего важного этапа – конструирования аптамеров для постселекционной подгонки к белку-мишени EGFR*. В данной работе сравнили аффинность ДНК-аптамеров из двух семейств, U31 и U2, полученных ранее Wu et al. из одной селекции [Wu et al. (2014) PLoS One, 9, e90752], и их производных аптамерных конструкций GR20, U2s и Gol1, полученных нами рациональным дизайном. Аффинность к EGFR* измеряли двумя разными методами: равновесным в растворе – поляризацией флуоресценции FAM-меченых аптамеров, и кинетическим на поверхности – интерферометрией биослоёв с иммобилизованными аптамерами. В отличие от значений равновесных констант, полученных титрованием аптамера белком и выраженных в единицах концентрации последнего, более информативным оказался анализ профилей самого титрования, а также кинетики взаимодействия, которые позволили определить влияние на аффинность даже субтильных изменений в аптамерах и их конструкциях. Сформулированы гипотезы о соотношениях «структура–функция» и механизмах узнавания. Данные, полученные для набора аптамерных конструкций, критичны для перехода к изучению взаимодействия аптамеров с мишенями рецептора эпидермального фактора роста в составе клеток.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. Л. Моисеенко

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Национальный медицинский исследовательский центр нейрохирургии имени академика Н.Н. Бурденко Минздрава России

Автор, ответственный за переписку.
Email: valerian.moiseenko@gmail.com
Россия, 119991 Москва; 125047 Москва

О. М. Антипова

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН

Email: valerian.moiseenko@gmail.com
Россия, 119991 Москва; 117485 Москва

А. А. Рыбина

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: valerian.moiseenko@gmail.com
Россия, 119991 Москва

Л. И. Мухаметова

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: valerian.moiseenko@gmail.com
Россия, 119991 Москва

С. А. Ерёмин

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: valerian.moiseenko@gmail.com
Россия, 119991 Москва

Г. В. Павлова

Национальный медицинский исследовательский центр нейрохирургии имени академика Н.Н. Бурденко Минздрава России; Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН

Email: valerian.moiseenko@gmail.com
Россия, 125047 Москва; 117485 Москва

А. М. Копылов

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Национальный медицинский исследовательский центр нейрохирургии имени академика Н.Н. Бурденко Минздрава России

Email: valerian.moiseenko@gmail.com
Россия, 119991 Москва; 125047 Москва

Список литературы

  1. Di Mauro, V., Lauta, F.C., Modica, J., Appleton, S. L., De Franciscis, V., and Catalucci, D. (2023) Diagnostic and therapeutic aptamers: a promising pathway to improved cardiovascular disease management, JACC Basic Transl. Sci., 9, 260-277, https://doi.org/10.1016/j.jacbts.2023.06.013.
  2. Kejamurthy, P., and Devi, K. T. R. (2023) Immune checkpoint inhibitors and cancer immunotherapy by aptamers: an overview, Med. Oncol., 41, 40, https://doi.org/10.1007/s12032-023-02267-4.
  3. Lin, B., Xiao, F., Jiang, J., Zhao, Z., and Zhou, X. (2023) Engineered aptamers for molecular imaging, Chem. Sci., 14, 14039-14061, https://doi.org/10.1039/d3sc03989g.
  4. Murray, M. T., and Wetmore, S. D. (2024) Unlocking precision in aptamer engineering: a case study of the thrombin binding aptamer illustrates why modification size, quantity, and position matter, Nucleic Acids Res., 52, 10823-10835, https://doi.org/10.1093/nar/gkae729.
  5. Plach, M., and Schubert, T. (2020) Biophysical characterization of aptamer-target interactions, Adv. Biochem. Eng. Biotechnol., 174, 1-15, https://doi.org/10.1007/10_2019_103.
  6. An, Z., Aksoy, O., Zheng, T., Fan, Q. W., and Weiss, W. A. (2018) Epidermal growth factor receptor and EGFRvIII in glioblastoma: signaling pathways and targeted therapies, Oncogene, 37, 1561-1575, https://doi.org/10.1038/s41388-017-0045-7.
  7. Sabbah, D. A., Hajjo, R., and Sweidan, K. (2020) Review on epidermal growth factor receptor (EGFR) structure, signaling pathways, interactions, and recent updates of EGFR inhibitors, Curr. Top. Med. Chem., 20, 815-834, https://doi.org/10.2174/1568026620666200303123102.
  8. Li, N., Larson, T., Nguyen, H. H., Sokolov, K. V., and Ellington, A. D. (2010) Directed evolution of gold nanoparticle delivery to cells, Chem. Commun. (Camb), 46, 392-394, https://doi.org/10.1039/b920865h.
  9. Li, N., Nguyen, H. H., Byrom, M., and Ellington, A. D. (2011) Inhibition of cell proliferation by an anti-EGFR aptamer, PLoS One, 6, e20299, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0020299.
  10. Cruz Da Silva, E., Foppolo, S., Lhermitte, B., Ingremeau, M., Justiniano, H., Klein, L., Chenard, M. P., Vauchelles, R., Abdallah, B., Lehmann, M., Etienne-Selloum, N., Dontenwill, M., and Choulier, L. (2022) Bioimaging nucleic-acid aptamers with different specificities in human glioblastoma tissues highlights tumoral heterogeneity, Pharmaceutics, 14, 1980, https://doi.org/10.3390/pharmaceutics14101980.
  11. Avutu, V. (2010) Avidity effects of MinE07, an anti-EGFR aptamer, on binding to A431 cells, The University of Texas at Austin Texas ScholarWorks, URL: https://repositories.lib.utexas.edu/items/fbdce8b0-71cf-4422-a5c2-16c7e5695544.
  12. Cheng, S., Jacobson, O., Zhu, G., Chen, Z., Liang, S. H., Tian, R., Yang, Z., Niu, G., Zhu, X., and Chen, X. (2019) PET imaging of EGFR expression using an 18F-labeled RNA aptamer, Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging, 46, 948-956, https://doi.org/10.1007/s00259-018-4105-1.
  13. Paul, A. R., Falsaperna, M., Lavender, H., Garrett, M. D., and Serpell, C. J. (2023) Selection of optimised ligands by fluorescence-activated bead sorting, Chem. Sci., 14, 9517-9525, https://doi.org/10.1039/d3sc03581f.
  14. Esposito, C. L., Passaro, D., Longobardo, I., Condorelli, G., Marotta, P., Affuso, A., de Franciscis, V., and Cerchia, L. (2011) A neutralizing RNA aptamer against EGFR causes selective apoptotic cell death, PLoS One, 6, e24071, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0024071.
  15. Wang, D. L., Song, Y. L., Zhu, Z., Li, X. L., Zou, Y., Yang, H. T., Wang, J. J., Yao, P. S., Pan, R. J., Yang, C. J., and Kang, D. Z. (2014) Selection of DNA aptamers against epidermal growth factor receptor with high affinity and specificity, Biochem. Biophys. Res. Commun., 453, 681-685, https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2014.09.023.
  16. Wu, X., Liang, H., Tan, Y., Yuan, C., Li, S., Li, X., Li, G., Shi, Y., and Zhang, X. (2014) Cell-SELEX aptamer for highly specific radionuclide molecular imaging of glioblastoma in vivo, PLoS One, 9, e90752, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0090752.
  17. Zavyalova, E., Turashev, A., Novoseltseva, A., Legatova, V., Antipova, O., Savchenko, E., Balk, S., Golovin, A., Pavlova, G., and Kopylov, A. (2020) Pyrene-modified DNA aptamers with high affinity to wild-type EGFR and EGFRvIII, Nucleic Acid Ther., 30, 175-187, https://doi.org/10.1089/nat.2019.0830.
  18. Kim, K., Lee, S., Ryu, S., and Han, D. (2014) Efficient isolation and elution of cellular proteins using aptamer-mediated protein precipitation assay, Biochem. Biophys. Res. Commun., 448, 114-119, https://doi.org/10.1016/ j.bbrc.2014.04.086.
  19. Damase, T. R., Miura, T. A., Parent, C. E., and Allen, P. B. (2018) Application of the open qPCR instrument for the in vitro selection of DNA aptamers against epidermal growth factor receptor and Drosophila C virus, ACS Comb. Sci., 20, 45-54, https://doi.org/10.1021/acscombsci.7b00138.
  20. Damase, T. R., and Allen, P. B. (2019). Idiosyncrasies of thermofluorimetric aptamer binding assays, BioTechniques, 66, 121-127, https://doi.org/10.2144/btn-2018-0128.
  21. Il’in, V. A., Pyzhik, E. V., Balakhonov, A. B., Kiryushin, M. A., Shcherbatova, E. V., Kuznetsov, A. A., Kostin, P. A., Golovin, A. V., Korshun, V. A., Brylev, V. A., Sapozhnikova, K. A., Kopylov, A. M., Pavlova, G. V., and Pronin, I. N. (2022) Radiochemical synthesis of 4-[18F]FluorobenzylAzide and its conjugation with EGFR-specific aptamers, Molecules, 28, 294, https://doi.org/10.3390/molecules28010294.
  22. Mathews, D. H., Disney, M. D., Childs, J. L., Schroeder, S. J., Zuker, M., and Turner, D. H. (2004) Incorporating chemical modification constraints into a dynamic programming algorithm for prediction of RNA secondary structure, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 101, 7287-7292, https://doi.org/10.1073/pnas.0401799101.
  23. Reuter, J. S., and Mathews, D. H. (2010) RNAstructure: software for RNA secondary structure prediction and analysis, BMC Bioinformatics, 11, 129, https://doi.org/10.1186/1471-2105-11-129.
  24. SantaLucia J., Jr. (1998) A unified view of polymer, dumbbell, and oligonucleotide DNA nearest-neighbor thermodynamics, Proc. Natl Acad. Sci. USA, 95, 1460-1465, https://doi.org/10.1073/pnas.95.4.1460.
  25. SantaLucia, J., Jr., and Hicks, D. (2004) The thermodynamics of DNA structural motifs, Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct., 33, 415-440, https://doi.org/10.1146/annurev.biophys.32.110601.141800.
  26. Hirka, S., and McKeague, M. (2021) Quantification of aptamer-protein binding with fluorescence anisotropy, Aptamers, 5, 1-6, https://doi.org/10.13140/RG.2.2.13355.57124.
  27. Weaver, S. D., and Whelan, R. J. (2021) Characterization of DNA aptamer-protein binding using fluorescence anisotropy assays in low-volume, high-efficiency plates, Anal. Methods, 13, 1302-1307, https://doi.org/10.1039/d0ay02256j.
  28. O’Shannessy, D. J., Brigham-Burke, M., Soneson, K. K., Hensley, P., and Brooks, I. (1993) Determination of rate and equilibrium binding constants for macromolecular interactions using surface plasmon resonance: use of nonlinear least squares analysis methods, Anal. Biochem., 212, 457-468, https://doi.org/10.1006/abio.1993.1355.
  29. Cao, Z., and Tan, W. (2005) Molecular aptamers for real-time protein-protein interaction study, Chemistry, 11, 4502-4508, https://doi.org/10.1002/chem.200400983.
  30. Ferré-D’Amaré, A. R., and Doudna, J. A. (1999) RNA folds: insights from recent crystal structures, Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct., 28, 57-73, https://doi.org/10.1146/annurev.biophys.28.1.57.
  31. Sarkar, R., Mainan, A., and Roy, S. (2024) Influence of ion and hydration atmospheres on RNA structure and dynamics: insights from advanced theoretical and computational methods, Chem. Commun. (Camb), 60, 3624-3644, https://doi.org/10.1039/d3cc06105a.
  32. Zhao, Q., Tao, J., Feng, W., Uppal, J. S., Peng, H., and Le, X. C. (2020) Aptamer binding assays and molecular interaction studies using fluorescence anisotropy – a review, Anal. Chim. Acta, 1125, 267-278, https://doi.org/10.1016/ j.aca.2020.05.061.
  33. Jha, R., Gorai, P., Shrivastav, A., and Pathak, A. (2024) Label-free biochemical sensing using processed optical fiber interferometry: a review, ACS Omega, 9, 3037-3069, https://doi.org/10.1021/acsomega.3c03970.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Возможные вторичные структуры анти-EGFR ДНК-аптамеров U31, U2 и их производных. Структуры получены на основании анализа результатов, полученных с помощью сервиса The ViennaRNA Package и визуализированы с помощью Java-апплета VARNA: а – U31; б – GR20; в – U2; г – U2s; д – Gol1. Красным и фиолетовым контуром в структурах аптамеров U31 (а) и GR20 (б) выделены 2 блока нуклеотидов, встречающихся в соответствующих петлях аптамеров обоих семейств. В структурах аптамеров серии U2 (в–д) зелёным цветом выделены нуклеотиды в идентичных участках петель П-2 и шпильки Ш-2, голубым – повторяющиеся участки в петлях П-3. Синей точкой обозначены связи в неканонических парах оснований

Скачать (377KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Концентрационные зависимости изменения поляризации флуоресценции при связывании FAM-меченых ДНК-аптамеров семейства U31 (а и б) и U2 (в–д) с EGFR*. а – U31; б – GR20; в – U2; г – U2s, д – Gol1; R2 > 0,98. Измерения проводились в трёх повторностях. Указаны рассчитанные кKд

Скачать (196KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Сенсограммы, полученные методом ИБС, для иммобилизованных биотинилированных ДНК-аптамеров при связывании с EGFR*. а – U31; б – GR20; в – U2; г – U2s; д – Gol1

Скачать (554KB)
Метаданные
5. Приложение
Скачать (838KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».