核酸适體(Aptamer)是從人工合成的DNA/RNA文庫中篩選得到的能夠高度特異性、高親和性結合靶标分子的單鍊寡核苷酸。其分子識别的基礎不是堿基互補配對,而是折疊成二級和三級結構,借助靜電引力、疏水作用力、範得華力等分子間的作用力,通過空間結構與靶分子構象的匹配,從而特異地識别靶分子。核酸适體具有與抗體相似的分子識别功能,但與抗體相比具有更多的應用優勢,例如可不依賴生物體在體外篩選,靶分子範圍廣(金屬離子、毒素、病毒、細菌、細胞、組織等),分子量小,低免疫原性、易機器合成與标記,化學穩定性好、可常溫保存等。核酸适體在疾病标志物的發現、分子診斷、靶向分子醫藥、分子病理等領域顯示出巨大的臨床應用前景。
近日,2003网站太阳集团葉茂/譚蔚泓團隊在J.Am. Chem. Soc雜志發表了題為“Elucidation andstructural modeling of CD71 as a molecular target for cell-specific aptamerbinding”的研究論文,系統地闡明了胰腺癌特異性核酸适體XQ-2d識别靶标的機制。

研究發現,轉鐵蛋白受體1(transferrinreceptor1,TfR1, CD71)是核酸适體XQ-2d識别胰腺癌細胞的分子靶标。核酸适體XQ-2d與CD71的天然配體轉鐵蛋白(Transferrin,Tf)而不是抗CD71的抗體競争性結合CD71的胞外區。通過構建Surface energy transfer(SET)nanoruler,成功地在活細胞表面測得XQ-2d與抗體之間在CD71上結合位點的距離大概為15nM。通過計算生物學分析CD71和XQ-2d的結構,并進行模拟分子對接,發現CD71上有16個關鍵氨基酸殘基介導了與XQ-2d的結合,而這些氨基酸殘基也是CD71天然配體轉鐵蛋白的結合位點,空間結構上的位阻解釋了XQ-2d與轉鐵蛋白競争性結合的分子基礎。

XQ-2d與Tf競争性結合CD71的結構圖
CD71是II型的跨膜糖蛋白,能與含有鐵離子的轉鐵蛋白結合,經網格蛋白内吞途徑進入細胞,介導細胞對鐵的吸收。研究表明,CD71不僅在胰腺癌中,而且在多種腫瘤中高表達,主要滿足腫瘤細胞增殖對鐵的需要。基于核酸适體XQ-2d與CD71的特異性結合,該研究進一步通過構建富含GC的XQ-2d嵌合體,裝載傳統化療藥物DOX,從而實現了化療藥物的靶向遞送和胰腺癌的靶向治療。

核酸适體XQ-2d靶向遞送DOX的模式圖
總之,本研究是核酸适體識别靶标機制的系統性研究,為基于核酸适體的腫瘤标志物的發現以及腫瘤的診療提供了新的分子工具和新的策略。
本論文的第一作者為2003网站太阳集团的武曉秋和韓冬梅以及合肥工業大學食品與生物工程學院的劉洪林,通訊作者為葉茂和譚蔚泓教授。
原文鍊接:
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b03720