In vitro isolation of small-molecule-binding aptamers with intrinsic dye-displacement functionality

适体 指数富集配体系统进化 吸光度 组合化学 小分子 生物传感器 生物物理学 生物 DNA 计算生物学 核糖核酸 纳米技术 生物化学 色谱法 化学 材料科学 分子生物学 基因
作者
Haixiang Yu,Weijuan Yang,Obtin Alkhamis,Juan Canoura,Kyung-Ae Yang,Yi Xiao
出处
期刊:Nucleic Acids Research [Oxford University Press]
卷期号:46 (8): e43-e43 被引量:48
标识
DOI:10.1093/nar/gky026
摘要

Aptamer-based sensors offer a powerful tool for molecular detection, but the practical implementation of these biosensors is hindered by costly and laborious sequence engineering and chemical modification procedures. We report a simple strategy for directly isolating signal-reporting aptamers in vitro through systematic evolution of ligands by exponential enrichment (SELEX) that transduce binding events into a detectable change of absorbance via target-induced displacement of a small-molecule dye. We first demonstrate that diethylthiatricarbocyanine (Cy7) can stack into DNA three-way junctions (TWJs) in a sequence-independent fashion, greatly altering the dye's absorbance spectrum. We then design a TWJ-containing structured library and isolate an aptamer against 3,4-methylenedioxypyrovalerone (MDPV), a synthetic cathinone that is an emerging drug of abuse. This aptamer intrinsically binds Cy7 within its TWJ domain, but MDPV efficiently displaces the dye, resulting in a change in absorbance within seconds. This assay is label-free, and detects nanomolar concentrations of MDPV. It also recognizes other synthetic cathinones, offering the potential to detect newly-emerging designer drugs, but does not detect structurally-similar non-cathinone compounds or common cutting agents. Moreover, we demonstrate that the Cy7-displacement colorimetric assay is more sensitive than a conventional strand-displacement fluorescence assay. We believe our strategy offers an effective generalized approach for the development of sensitive dye-displacement colorimetric assays for other small-molecule targets.
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