特异性识别O-GlcNAc糖基化修饰的单链DNA适配体的筛选

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O-Glc NAc糖基化修饰是一种发生在细胞浆或细胞核内的蛋白质翻译后修饰。在O-连接N-乙酰葡萄糖胺转移酶(O-linked N-acetylglucosamine transferase,OGT)的作用下,将单个的N-乙酰葡萄糖胺(Glc NAc)连接在蛋白质丝氨酸或苏氨酸残基的羟基氧原子上,O-连接N乙酰葡萄糖胺水解酶(O-linked N-acetyl Glucosamine hydrolase,OGA)的作用则相反。作为O-糖基化中特殊的一种存在形式,O-Glc NAc修饰主要发生在细胞质和细胞核中且处于高度动态变化中。很多研究已经表明O-Glc NAc修饰具有多种重要的生物学功能。首先,O-Glc NAc修饰被称为营养-应激感受器并参与了转录、翻译、信号传导等几乎所有的细胞生理过程。同时,O-Glc NAc修饰参与了肿瘤、糖尿病、心血管疾病以及神经退行性疾病等的病理过程。因此,深入研究O-GlcNAc修饰更普遍性的生理学功能具有非常重大的意义。然而,三十多年来人们对O-Glc NAc修饰的研究依然是处于初始阶段。因为O-Glc NAc修饰处于高度的动态变化中,其分子量小且不带电荷,很难通过一般的生化方法检测到。另外O-Glc NAc修饰丰富较低又极为不稳定,在质谱检测时容易脱落。虽然目前已经出现了多种检测方法,也很大程度上推动了Glc NAc修饰的研究,但仍然满足不了当前研究的需要。寻找更加高效便捷的检测方法仍然是Glc NAc修饰研究领域中迫切需要的。适配体(aptamer)是利用指数富集的配基系统进化技术(SELEX)获得的一种“化学抗体”。与传统意义上的抗体相比,适配体具有分子量小,无抗原性,便于合成和修饰等优点。已经有很多高质量的适配体被筛选出来并作为识别、预防、诊断和治疗疾病等过程中的新型试剂。由于SELEX能够筛选多种类型的靶标,大到细胞组织,小到氨基酸或金属离子,因此适配体的应用范围和发展潜力也是非常之大的。我们本研究的目的是利用SELEX技术筛选出能够特异性识别O-Glc NAc修饰的ss DNA适配体。不仅能够作为检测蛋白质O-Glc NAc修饰的新型试剂,还有望用于O-Glc NAc修饰功能的研究中。同时,我们为O-Glc NAc修饰的研究提供了一种新的思路和方法,也进一步拓宽了核酸适配体的发展和应用。我们首先设计并合成了一个单链DNA(ss DNA)文库(库容量约为1015),该文库模板长度为77nt,两端为固定序列中间含有30个随机序列(库容量约为1015)。其次将O-Glc NAc修饰多肽偶联到纳米金颗粒上作为筛选靶标,并用未修饰的多肽进行反筛。通过PCR将每轮筛选的适配体进行扩增,经过多轮筛选后用ELONA法检测各次级文库的亲和力大小,并将亲和力最大的适配体文库进行高通量测序(NGS)后进行分析并确定出了十条候选适配体。然后用微热量泳动技术(MST)检测候选适配与O-Glc NAc修饰多肽和未修饰多肽的结合情况,筛选出apt O-14、apt O-19和apt O-31三种能特异性结合O-Glc NAc修饰的适配体。用ELONA法测定三种适配体与O-Glc NAc修饰多肽结合的亲和力大小,得到亲和力和特异性最大的apt O-19适配体,其Kd值813±131nM。
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