Rational design of aptamer switches with programmable pH response

适体 合理设计 分子识别 分子开关 DNA 纳米技术 化学 选择性 生物物理学 组合化学 材料科学 分子 生物化学 生物 遗传学 催化作用 有机化学
作者
Ian A. P. Thompson,Liwei Zheng,Michael Eisenstein,H. Tom Soh
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:11 (1) 被引量:65
标识
DOI:10.1038/s41467-020-16808-2
摘要

Abstract Aptamer switches that respond sensitively to pH could enhance control over molecular devices, improving their diagnostic and therapeutic efficacy. Previous designs have inserted pH-sensitive DNA motifs into aptamer sequences. Unfortunately, their performance was limited by the motifs’ intrinsic pH-responses and could not be tuned to operate across arbitrary pH ranges. Here, we present a methodology for converting virtually any aptamer into a molecular switch with pH-selective binding properties — in acidic, neutral, or alkaline conditions. Our design inserts two orthogonal motifs that can be manipulated in parallel to tune pH-sensitivity without altering the aptamer sequence itself. From a single ATP aptamer, we engineer pH-controlled target binding under diverse conditions, achieving pH-induced selectivity in affinity of up to 1,000-fold. Importantly, we demonstrate the design of tightly regulated aptamers with strong target affinity over only a narrow pH range. Our approach offers a highly generalizable strategy for integrating pH-responsiveness into molecular devices.
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