Aptasensor designed via the stochastic tunneling-basin hopping method for biosensing of vascular endothelial growth factor

指数富集配体系统进化 适体 血管内皮生长因子 化学 分子动力学 血管内皮生长因子受体 热稳定性 生物物理学 纳米技术 材料科学 结晶学 计算化学 生物 生物化学 核糖核酸 分子生物学 基因 有机化学 癌症研究
作者
Hung‐Wei Yang,Shin‐Pon Ju,Che-Hao Cheng,Ying‐Tzu Chen,Yu‐Sheng Lin,See‐Tong Pang
出处
期刊:Biosensors and Bioelectronics [Elsevier BV]
卷期号:119: 25-33 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.bios.2018.07.073
摘要

The Systematic Evolution Ligands by Exponential Enrichment (SELEX) is common used for selection of high affinity single-stranded DNA (ssDNA) aptamer with target protein. However, we do not know what the most stable configuration of the selected aptamer bound with target protein is. Therefore, a systematic search process using the stochastic tunneling-basin hopping (STUN-BH) method is proposed to find the most stable configuration of the ssDNA aptamer specific for vascular endothelial growth factor (VEGF) capture (AptVEGF; 5'-TGTGGGGGTGGACGGGCCGGGTAGA-3'). After the most stable configuration was obtained by the STUN-BH method, molecular dynamics (MD) simulation was carried out to investigate the thermal stability of AptVEGF/VEGF at 300 K in both vacuum and water. All molecular simulations were conducted with the large-scale atomic/molecular massively parallel simulator (LAMMPS), and the AMBER99SB force field was used to describe the atomic interactions for the current AptVEGF/VEGF system. The three most stable AptVEGF/VEGF configurations obtained by the STUN-BH method indicated that AptVEGF residues exhibit greater affinity for VEGF surface loop fragments as compared with surface alpha helix and beta sheet fragments. Results indicated that after the first AptVEGF (AptVEGF I) occupies most of the VEGF loop fragment, the second AptVEGF (AptVEGF II) is adsorbed by the rest of the VEGF loop fragment and the VEGF Chain B beta sheet fragment, resulting in a 24.8% reduction in binding strength as compared to that of AptVEGF I. Furthermore, when AptVEGF I and AptVEGF II chains were stably adsorbed by VEGF, the third AptVEGF (AptVEGF III) chain can only partially attach to VEGF, as confirmed by real AptVEGF-VEGF binding experiments. Lastly, we demonstrated that the aptasensor constructed according to MD simulation is highly sensitive for VEGF with a linear detection range of 10 pg/mL-10 ng/mL.

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