A Nanopore Sensor for Multiplexed Detection of Short Polynucleotides Based on Length-Variable, Poly-Arginine-Conjugated Peptide Nucleic Acids

化学 核酸 互补DNA 纳米孔 多核苷酸 肽核酸 分子信标 DNA 生物物理学 组合化学 生物化学 分子生物学 纳米技术 寡核苷酸 基因 生物 材料科学
作者
Loredana Mereuta,Alina Asandei,Isabela Dragomir,Jonggwan Park,Yoonkyung Park,Tudor Luchian
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:94 (24): 8774-8782 被引量:14
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.2c01587
摘要

Real-time and easy-to-use detection of nucleic acids is crucial for many applications, including medical diagnostics, genetic screening, forensic science, or monitoring the onset and progression of various diseases. Herein, an exploratory single-molecule approach for multiplexed discrimination among similar-sized single-stranded DNAs (ssDNA) is presented. The underlying strategy combined (i) a method based on length-variable, short arginine (poly-Arg) tags appended to peptide nucleic acid (PNA) probes, designed to hybridize with selected regions from complementary ssDNA targets (cDNA) in solution and (ii) formation and subsequent detection with the α-hemolysin nanopore of (poly-Arg)-PNA-cDNA duplexes containing two overhangs associated with the poly-Arg tail and the non-hybridized segment from ssDNA. We discovered that the length-variable poly-Arg tail marked distinctly the molecular processes associated with the nanopore-mediated duplexes capture, trapping and unzipping. This enabled the detection of ssDNA targets via the signatures of (poly-Arg)-PNA-cDNA blockade events, rendered most efficient from the β-barrel entrance of the nanopore, and scaled proportional in efficacy with a larger poly-Arg moiety. We illustrate the approach by sensing synthetic ssDNAs designed to emulate fragments from two regions of SARS-CoV-2 nucleocapsid phosphoprotein N-gene.
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