Split Locations and Secondary Structures of a DNAzyme Critical to Binding-Assembled Multicomponent Nucleic Acid Enzymes for Protein Detection

脱氧核酶 化学 核酸 核糖核酸 蛋白质二级结构 DNA 劈理(地质) 胸腺嘧啶 核酸结构 催化作用 核酸二级结构 蛋白质工程 生物化学 组合化学 立体化学 生物物理学 生物 古生物学 基因 断裂(地质)
作者
Yiren Cao,Hongquan Zhang,X. Chris Le
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:93 (47): 15712-15719 被引量:24
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.1c03617
摘要

RNA-cleaving DNAzymes and their multicomponent nucleic acid enzymes (MNAzymes) have been successfully used to detect nucleic acids and proteins. The appropriate split of the catalytic cores of DNAzymes is critical to the formation of MNAzymes with high catalytic activities. However, for protein detection, no systematic investigation has been made on the effects of the split locations and secondary structures of MNAzymes on the catalytic activities of the cleavage reaction. We systematically studied how split locations and secondary structures affect the activity of the MNAzymes that catalyze multiple cleavage steps. We engineered the MNAzymes on the basis of the RNA-cleaving DNAzyme 10-23 as a model system. We designed 28 pairs of MNAzymes, representing 14 different split locations and two secondary structures: the three-arm and the four-arm structures. By comparing the multiple turnover numbers (kobs.m) of the 28 MNAzymes, we showed that the split location between the seventh cytosine and the eighth thymine of the catalytic core region and the four-arm structure resulted in optimum catalytic activity. Binding-induced DNA assembly of the optimized MNAzymes enabled sensitive detection of two model protein targets, demonstrating promising potential of the binding-assembled MNAzymes for protein analysis. The strategy of binding-assembled MNAzymes and systematic studies measuring multiple turnover numbers (kobs.m) provide a new approach to studying other partial (split) DNAzymes and engineering better MNAzymes for the detection of specific proteins.
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