Искусственные основания ДНК помогли найти аптамеры для раковых клеток

Группа американских и китайских биохимиков впервые провела отбор аптамеров ДНК, в состав которых были добавлены искусственные основания. Таким образом удалось получить молекулы, которые направленно связываются с маркерами раковых, но не здоровых клеток. Работа опубликована в Journal of American Chemical Society.

Аптамерами называют олигонуклеотиды (короткие молекулы ДНК) или пептиды, обладающие способностью специфически связываться с определенной мишенью, например, белковой молекулой на мембране клетки. Эти вещества находят свое применение в обнаружении различных молекул-мишеней в биологических исследованиях, а кроме того могут использоваться для направленной доставки лекарств в пораженные клетки. При этом они выступают своеобразными якорями, способными притягиваться только к определенному типу клеток.

Как правило, поиск ДНК-аптамеров происходит с использованием больших наборов (библиотек) соединений, в которых случайным образом расположены четыре природных основания — аденин (A), гуанин (G), цитозин(C) и тимин(T). Авторы нового исследования предположили, что увеличив разнообразие оснований в нуклеиновой кислоте, они смогут добиться более высокого уровня связывания. Поэтому к четверке AGTC биохимики добавили два искусственных основания, способных связываться в пары, аналогичные A-T, G-C — они получили название Z (нитро-производное пиридина) и P (производное имидазотриазина).

Библиотека соединений была представлена олигонуклеотидами, содержащими 58 оснований, 25 из которых, расположенных в середине последовательности, были составлены случайным образом из шести описанных выше нуклеотидов, а остальные 33 оставались неизменными и составленными из четырех «классических» нуклеотидов.

Для поиска аптамеров в работе был использован метод LIVE, заключающийся в следующем. На первой стадии вся библиотека добавлялась к культуре клеток рака печени. Часть из соединений связывалась с клетками, часть нет. Затем культура промывалась водой и слабосвязанные олигонуклеотиды смывались. Поскольку важно, чтобы соединения не связывались со здоровыми клетками, прошедшая «отбор» часть библиотеки помещалась к культуре здоровых клеток. Но в этом случае отбор проходили уже те элементы библиотеки, которые были менее сильно связаны с клетками и находились в среде.

После двух отборов с помощью метода ПЦР увеличивалось количество оставшихся олигонуклеотидов, потом процесс повторяли еще несколько раз. Важно отметить, что в ходе ПЦР происходило уменьшение количества искусственных нуклеотидов в аптамерах из-за случайных замен пар Z-P на C-G или C-G и T-A, то есть, если бы эти основания уменьшали сродство молекул к раковым клеткам, по сравнению с классическими, то в итоге эксперимента в библиотеке остались бы только «традиционные» олигонуклеотиды.

Оказалось, что по прошествии 13 циклов обработки библиотеки наибольшим соответствием задачам эксперимента соответствовали аптамеры, содержащие от одного до трех искусственных нуклеотидов. При этом замена Z и P на классические основания значительно ухудшала характеристики соединений.