Cooperative strand displacement circuit with dual-toehold and bulge-loop structure for single-nucleotide variations discrimination

分支迁移 生物系统 核酸 支化(高分子化学) 计算生物学 生物物理学 纳米技术 化学 生物 基因 遗传学 材料科学 重组 有机化学 霍利迪路口
作者
Dan Bai,Xi Zhou,Wang Luo,Hongyan Yu,Shulian Bai,You Wu,Lin Song,Kena Chen,Yaxing Xie,Xueping Chen,Jie Zhao,Yixin Fu,Yujun Yang,Junjie Li,Guoming Xie
出处
期刊:Biosensors and Bioelectronics [Elsevier BV]
卷期号:216: 114677-114677 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.bios.2022.114677
摘要

Nucleic acid nanotechnologies based on toehold-mediated strand displacement are ideally suited for single-nucleotide variations (SNVs) detection. But only a limited number of means could be used to construct selective hybridization probes via finely designed toehold and regulation of branching migration. Herein, we present a cooperative hybridization strategy relying on a dual-toehold and bulge-loop (DT&BL) probe, coupled with the strand displacement catalytic (SDC) cycle to identify SNVs. The dual-toehold can simultaneously hybridize the 5' and 3' ends of the target, so that it possessed the mutual correction function for improving the specificity in comparison with the single target-binding domain. Insertion of BLs into the dual-toehold probe allows tuning of Gibbs free energy change (ΔG) and control of the reaction rate during branching migration. Using the SDC cycle, the reactivity and selectivity of the DT&BL probe were increased drastically without elaborate competitive sequences. The feasibilities of this platform were demonstrated by the identification of three cancer-related genes. Moreover, the applicability of this biosensor to detect clinical samples showed satisfactory accuracy and reliability. We envision it would offer a new perspective for the construction of highly specific probes based on dynamic DNA nanotechnology, and serves as a promising tool for clinical diagnostics.
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