Исследователи из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН и Института биофизики ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» разработали аптамер для биолюминесцентного белка обелина и предложили стратегию создания бимодульных аптамерных конструкций. Результаты исследования опубликованы в журнале RSC Advances.

Аптамеры— короткие фрагменты нуклеиновых кислот, которые благодаря своей уникальной пространственной структуре специфично связываются с определенной молекулой-мишенью. Они обладают особенными преимуществами: получением «в пробирке», относительно простым, воспроизводимым и экономичным химическим синтезом, длительным сроком хранения, а также множеством вариантов химических модификаций. В настоящее время такие молекулы — многообещающая альтернатива моноклональным антителам для аналитических и терапевтических применений.

По своей природе аптамеры состоят из нуклеиновых кислот, и это позволяет ученым создавать разнообразные молекулярные конструкции на их основе. Так, способность этих молекул изменять свою конформацию (пространственное строение) после связывания с мишенью открывает широкие возможности для создания биосенсорных платформ.

«Это такие соединения, которые обеспечивают измеряемый (к примеру, визуальный) сигнал. В качестве специфичной молекулы используют, например, антитела или, как в нашем случае, аптамер, а в роли сигнальной — ферменты, продукты которых легко определить: они либо окрашены, либо светятся», — говорит одна из авторов исследования, главный научный сотрудник Института биофизики ФИЦ КНЦ СО РАН доктор биологических наук Людмила Алексеевна Франк.

В качестве строительных блоков аптамеры хорошо совместимы, поэтому их можно соединять, как конструктор лего, для получения сложных мультифункциональных молекул, свойства которых можно настраивать в зависимости от задачи исследования.

«Это новая разработка. Коллеги из Института биофизики в Красноярске и плодотворно изучают свойства фотопротеинов и люцифераз — светящихся биолюминесцентных белков, и создают на их основе разнообразные аналитические системы с высокой чувствительностью и специфичностью. В свою очередь, наша лаборатория химии РНК ИХБФМ СО РАН (руководитель лаборатории — кандидат химических наук Алия Гусейновна Веньяминова) ведет систематическую работу по созданию новых аптамеров, изучению их свойств и возможностей применения. В ходе совместного исследования возникла идея сделать биолюминесцентные биосенсоры, в которых узнающими элементами были бы аптамеры, а сигнальной молекулой — светящийся белок обелин. Такое соединение подходов до нас никто не применял», — говорит старший научный сотрудник лаборатории химии РНК ИХБФМ СО РАН кандидат химических наук Мария Александровна Воробьёва.

К настоящему времени описаны аптамеры, способные связывать небольшие флуорогены (небольшие молекулы, обладающие флуоресценцией) и усиливать их свечение. Например, они успешно используются для визуализации РНК.

«В ходе совместной работы мы создали новые модифицированные РНК-аптамеры к обелину и к гемоглобину в качестве мишени и предложили стратегию их интеграции в бимодульную конструкцию с переключаемой структурой. Проблема — правильно состыковать два аптамера, отобранные к разным мишеням так, чтобы они при этом сохранили свои функции, а репортерный модуль присоединялся к нашему белку только в присутствии мишени», — говорит Людмила Франк.

Проведя модельный биолюминесцентный анализ на микропланшетах, ученые выяснили, что такие аптамерные конструкции связывают свои мишени строго последовательным образом. При этом биолюминесцентный сигнал от обелина наблюдали только в присутствии гемоглобина, и величина сигнала росла вместе с концентрацией этого белка.

«Известно, что когда репортер присоединяют к биоспецифичной молекуле с помощью химического синтеза, то есть через образование ковалентных связей, его активность частично, а иногда существенно теряется. Это приводит к снижению чувствительности анализа. Нами было показано, что полученный бимодальный аптамер способен нековалентно связываться с требуемыми мишенями. Важным здесь является то, что такое присоединение не портит молекулу — репортер полностью сохраняет свою активность», — говорит Людмила Франк.

Предложенная исследователями разработка может быть применима для выявления других мишеней. Для этого надо получить сенсорный модуль аптамера на другую требуемую мишень, а потом состыковать его с уже готовым универсальным репортерным модулем, который узнает сигнальную молекулу — биолюминесцентный белок.

Автор: Анастасия Федотова