核酸适体亲和识别机制解析研究获进展

中国科学院生态环境中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室赵强研究组在核酸适体亲和识别机制解析方面取得新进展。赵强研究组致力于环境和健康相关分子的识别传感和分析方法开发。之前，该团队与中国科学院精密测量院研究员李从刚团队等合作，利用核磁共振方法等解析了赭曲霉毒素A的适体复合物结构。近日，合作团队进一步解析了黄曲霉毒素B1的核酸适体的高分辨溶液结构，揭示了核酸适体高亲和、高选择识别的分子机制。     

黄曲霉毒素是食品和环境中常见的小分子污染物。其中，黄曲霉毒素B1（Aflatoxin B1，AFB1）是目前发现的致癌性最强的天然毒素，被世界卫生组织的癌症研究机构划定为Ι类致癌物，严重威胁人类及动物的健康和生命安全。AFB1的灵敏检测对于食品安全、环境监测等至关重要。AFB1的适配体，具有高亲和力并可特异识别AFB1，自筛选发现后引起广泛关注，并用于分析检测，具有良好的应用前景。赵强研究组采用AFB1的核酸适体，开发了一系列新颖的光、电传感分析方法等实现对AFB1的快速灵敏检测。然而，该适体高亲和识别AFB1的分子机制尚不清楚。       

研究通过液体核磁共振方法解析了具有26个碱基的核酸适体AF26与AFB1复合物在溶液中的高分辨结构，阐释了核酸适体高亲和识别的分子机制。研究发现，在没有AFB1的情况下，游离的AF26适体可形成简单的茎环结构（如图）。结合AFB1后，AF26上由16个碱基组成的环区由无规结构转变成结合诱导的特定构象，通过G·C配对以及G·G·C三联体形成了一个发卡、两个凸环结构。发卡和凸环合围形成AFB1的结合口袋。AFB1上下被G·C配对和G·G·C三联体夹持，侧面被五个未配对的T碱基包裹，通过堆积、供体原子-π、疏水等相互作用紧密结合。同时，研究通过一系列突变对该结构进行验证，基于高分辨结构进一步阐明了适体区分AFB1和其一个原子差别的同系物AFG1的分子机制，通过单碱基突变提升了适体对两种毒素的区分能力。该研究有助于更好地探讨适体的高亲和识别机制，并为适体的设计、修饰改造与应用开发奠定了重要的结构基础。     

相关研究成果以Structural Basis for High-Affinity Recognition of Aflatoxin B1 by a DNA Aptamer为题，发表在《核酸研究》（Nucleic Acids Research）上。研究工作得到国家自然科学基金的支持。         

核酸适体AF26-AFB1复合物的高分辨核磁共振结构