Аптамерлер: мақсатты молекулаларға байланысатын олигонуклеотидтер мен пептидтер

Кіріспе

Олигонуклеотидтер немесе пептид молекулалары белгілі бір нысанаға байланысады.

Аптамерлер – бұл нақты нысана молекулаға немесе нысана молекулалар отбасына байланысатын жасанды ДНҚ, РНК, XNA немесе пептидтің қысқа тізбектері. Олар әртүрлі байланысу қабілетіне (KD pM-ден μM дейін) ие, мақсаттан тыс байланыстың айнымалы деңгейлері бар және кейде химиялық антиденелер ретінде жіктеледі. Аптамерлер мен антиденелерді көптеген ортақ қолданыстарда пайдалануға болады, бірақ көбінесе олигонуклеотидтер болып табылатын аптамерлердің нуклеин қышқылы негізіндегі құрылымы, ақуыздар болып табылатын антиденелердің амин қышқылы негізіндегі құрылымынан өте ерекшеленеді. Бұл айырмашылық кейбір жағдайларда аптамерлерді антиденелерге қарағанда жақсы таңдау жасауға мүмкіндік береді (антиденелерді алмастыру туралы қараңыз). Аптамерлер биологиялық зертханалық зерттеулерде және медициналық тесттерде қолданылады. Егер бірнеше аптамерлер бір сынаққа біріктірілсе, олар үлгідегі әртүрлі ақуыздардың көп мөлшерін өлшеуге мүмкіндік береді. Оларды аурудың молекулалық маркерлерін анықтау үшін пайдалануға болады немесе дәрілер, дәрі-дәрмектерді жеткізу жүйелері және бақыланатын дәрі-дәрмектерді шығару жүйелері ретінде жұмыс істеуге болады. Олар басқа молекулалық инженериялық тапсырмаларда да қолданылады. Көптеген аптамерлер SELEX әдісімен алынады – бұл әртүрлі ДНК тізбектерінің үлкен жиынтығынан пайдалы аптамерлерді табуға арналған сынақ түтігіндегі эксперименттер отбасы. Бұл процесс табиғи іріктеу, бағытталған эволюция немесе жасанды іріктеуге ұқсас. SELEX-те зерттеуші кездейсоқ түрде жасалған ДНК немесе РНК-ның квадриллионға жуық санынан тұратын бастапқы ДНК кітапханасынан ең жақсы аптамерлерді қайта-қайта іріктейді. SELEX-тен кейін зерттеуші аптамерлердің химиясын өзгертіп, басқа іріктеу жүргізе алады немесе жақсартулар жасау үшін рационалды жобалау процестерін қолдана алады. Аптамерлерді анықтау үшін SELEX емес әдістер де бар. Зерттеушілер аптамерлерді әртүрлі пайдалы қасиеттерге қол жеткізу үшін оңтайландырады. Ең маңызды қасиет – таңдалған нысанаға ерекше және сезімтал байланысу. Аптамерлер дене сұйықтықтарына, мысалы, сарысу тесттерінде немесе аптамерлік терапияда ұшырағанда, олардың ДНК және РНК жойғыш ақуыздарға қарсы тұруы маңызды. Емдік аптамерлер көбінесе организмнен баяу шығарылуын қамтамасыз ету үшін өзгертіледі. Нысанаға байланысқанда пішінін күрт өзгертетін аптамерлер сенсорды қосу/өшіру үшін молекулалық коммутаторлар ретінде пайдалы. Кейбір аптамерлер биосенсорға немесе биологиялық үлгіні сынауға бейімделеді. Кейбір жағдайларда аптамердің белгілі бір байланысу деңгейіне немесе жылдамдығына жетуі пайдалы болуы мүмкін. Белгілі аптамерлерді өндіруге қолданылатын синтездің өнімділігі тізбек ұзарған сайын тез төмендейтіндіктен, зерттеушілер өндіріс құнын төмендету үшін аптамерлерді көбінесе ең аз байланыс тізбегіне дейін қысқартады.

Aptamers are short sequences of artificial DNA, RNA, XNA, or peptide that bind a specific target molecule, or family of target molecules. They exhibit a range of affinities (KD in the pM to μM range), with variable levels of off target binding and are sometimes classified as chemical antibodies. Aptamers and antibodies can be used in many of the same applications, but the nucleic acid based structure of aptamers, which are mostly oligonucleotides, is very different from the amino acid based structure of antibodies, which are proteins. This difference can make aptamers a better choice than antibodies for some purposes (see antibody replacement). Aptamers are used in biological lab research and medical tests. If multiple aptamers are combined into a single assay, they can measure large numbers of different proteins in a sample. They can be used to identify molecular markers of disease, or can function as drugs, drug delivery systems and controlled drug release systems. They also find use in other molecular engineering tasks. Most aptamers originate from SELEX, a family of test tube experiments for finding useful aptamers in a massive pool of different DNA sequences. This process is much like natural selection, directed evolution or artificial selection. In SELEX, the researcher repeatedly selects for the best aptamers from a starting DNA library made of about a quadrillion different randomly generated pieces of DNA or RNA. After SELEX, the researcher might mutate or change the chemistry of the aptamers and do another selection, or might use rational design processes to engineer improvements. Non SELEX methods for discovering aptamers also exist. Researchers optimize aptamers to achieve a variety of beneficial features. The most important feature is specific and sensitive binding to the chosen target. When aptamers are exposed to bodily fluids, as in serum tests or aptamer therapeutics, it is often important for them to resist digestion by DNA and RNA destroying proteins. Therapeutic aptamers often must be modified to clear slowly from the body. Aptamers that change their shape dramatically when they bind their target are useful as molecular switches to turn a sensor on and off. Some aptamers are engineered to fit into a biosensor or in a test of a biological sample. It can be useful in some cases for the aptamer to accomplish a pre defined level or speed of binding. As the yield of the synthesis used to produce known aptamers shrinks quickly for longer sequences, researchers often truncate aptamers to the minimal binding sequence to reduce the production cost.

Этимология

"Аптамер" сөзі – Эндрю Эллингтон мен Джек Шостак осы тақырыптағы алғашқы жарияланымда жасаған жаңа сөз. Олар нақты анықтама бермей, "Біз бұл жеке РНК тізбектерін латын тіліндегі 'aptus' сөзінен 'аптамерлер' деп атадық, яғни 'сәйкес келуі' үшін" деп мәлімдеді. Дегенмен, сөздің өзі грекше ἅπτω сөзінен шыққан, ол "қосылу" немесе "сәйкес келу" мағынасын білдіреді (бұл сөзді Гомер шамамен б.з.д. 8 ғасырында қолданған) және μέρος, яғни "бір бөлік" деген сөзден туындаған.

Жіктеу

Типтік аптамер – белгілі бір мақсатты молекулаға немесе мақсатты молекулалар отбасына күшті, ерекше байланысуды қамтамасыз ету үшін ДНК, РНК, XNA немесе пептидтің комбинаторлық әртүрлілігін пайдаланатын синтетикалық түрде жасалған лиганд. Аптамерлер кейде «химиялық антиденелер» немесе «антиденелердің имитациясы» деп жіктеледі. Дегенмен, көптеген аптамерлердің молекулалық салмағы 6-30 кДа, антиденелердің 150 кДа салмағынан өзгеше, және оларда әдеттегі антидененің антигенді байланыстыратын екі аймағынан гөрі бір байланыс орны болады.

Тарих

1967 жылы алғаш қолданылғаннан бері, басқарылатын эволюция әдістері жаңа қасиеттері мен функциялары бар биомолекулаларды жасау үшін пайдаланылып келеді. Алғашқы мысалдарға бактериофаг Qbeta репликациялық жүйесін өзгерту және өзгертілген кесу белсенділігі бар рибозимдерді жасау кіреді. 1990 жылы екі команда тәуелсіз түрде SELEX (Экспоненциалды байыту арқылы лигандтардың жүйелі эволюциясы) әдістерін әзірлеп, жариялады және РНК аптамерлерін құрды: Ларри Голдтың зертханасы РНК лигандтарын T4 ДНҚ полимеразасына қарсы іріктеу процесі үшін SELEX терминін қолданды, ал Джек Шостақтың зертханасы әртүрлі органикалық бояуларға қарсы РНК лигандтарын іріктеді. Екі жылдан кейін Шостақ зертханасы мен Gilead Sciences бір-бірінен тәуелсіз түрде in vitro іріктеу схемаларын қолданып, органикалық бояулар және адам тромбині үшін ДНК аптамерлерін жасады. 2001 жылы Эллингтон зертханасындағы Дж. Колин Кокс SELEX әдісін автоматтандырды, нәтижесінде бірнеше аптаға созылған іріктеу экспериментінің ұзақтығы үш күнге дейін қысқарды. 2002 жылы Рональд Брейкер мен Евгений Нудлер басқаратын екі топ бұрыннан күдіктелген нуклеин қышқылына негізделген генетикалық реттеуші элемент – рибосвитчтердің алғашқы нақты дәлелдерін жариялады. Рибосвитчтер аптамерлерге ұқсас молекулалық тану қасиеттеріне ие. Бұл жаңалық Жердегі тіршіліктің пайда болуының бастапқы кезеңі болып саналатын РНК әлемі гипотезасын қолдай түсті.

Құрылымы

Аптамерлердің көпшілігі 20-100 негізді және 3-20 кДа-ны құрайтын белгілі бір олигомерлік тізбеге негізделген. Кейбіреулерінде функционалды жақсарту немесе үлкен инженерлік молекулалық жүйелермен үйлесімділік үшін химиялық өзгерістер бар. ДНК, РНК, XNA және пептидтік аптамер химиясы әрқайсысы сақтау тұрақтылығы, сарысудағы немесе in vivo тұрақтылығы, ерекшелігі мен сезімталдығы, құны, генерациялаудың оңайлығы, күшейту және сипаттамалары және пайдаланушыларға таныс болуы жағынан ерекше профильдер ұсына алады. Әдетте, ДНК және РНК негізделген аптамерлер төмен иммуногенділікке ие, полимераза тізбектік реакция (ПЦР) арқылы күшейтіледі және күрделі екінші және үшінші құрылымға ие. ДНК және XNA негізделген аптамерлер жоғары сақтау тұрақтылығын көрсетеді. XNA негізделген аптамерлер қосымша химиялық әртүрлілікті енгізуі мүмкін, бұл серумда немесе in vivo байланысу аффинитетін немесе ұзақтығын арттырады. 22 генетикалық кодталған және 500-ден астам табиғи аминокислоталар бар болғандықтан, пептидтік аптамерлер, сондай-ақ антителолар ұзындығы бірлігіне 4 нуклеин қышқылына қарағанда әлдеқайда үлкен комбинаторлық әртүрлілікке ие. Нуклеин қышқылы негіздерінің немесе омыртқаларының химиялық модификациялары стандартты нуклеин қышқылы негіздерінің химиялық әртүрлілігін арттырады. Бөлінген аптамерлер молекулалық шыршамен екіге бөлінген үлкен ата-ана аптамерінің бөлшектері болып табылатын екі немесе одан да көп ДНК тізбегінен тұрады. Әрбір құрамдас тізбектің нысананы байлау қабілеті, оның орналасқан жеріне, сондай-ақ еншілес тізбектердің екінші құрылымдарына байланысты болады. Нысаналы молекуланың болуы ДНК фрагменттерінің бірігуін қамтамасыз етеді. Бұл биосенсорлардың негізі ретінде пайдаланылуы мүмкін. Бірге жиналғаннан кейін екі бөлек ДНК тізбегін бір тізбекке байлауға болады. Өзгертілмеген аптамерлер қаннан тез шығарылады, жартылай ыдырауы секундтан сағатқа дейін созылады. Бұл негізінен нуклеазаның ыдырауынан, яғни аптамерлерді физикалық түрде жояды, сондай-ақ аптамерлердің молекулалық салмағы мен мөлшері төмен болғандықтан бүйректер арқылы тазартылады. Бірнеше модификация, мысалы 2' фтормен алмастырылған пиримидиндер мен полиэтиленгликоль (PEG) байланысы, бірнеше күнден бірнеше аптаға дейін сарысудың жартылай жойылу уақытын береді. PEGylation жеткілікті масса мен өлшем қосуға мүмкіндік береді, бұл in vivo бүйректермен тазартылуын болдырмауға мүмкіндік береді. Модификацияланбаған аптамерлер қанның құюын бұзатын ауруларды емдеуге болады. Клиренс пен нуклеазаның сіңу проблемасы оларды көзге қолданғанда азаяды, онда нуклеазаның концентрациясы төмен және клиренс жылдамдығы төмен. Серумнан тез тазарту кейбір жағдайларда, мысалы, in vivo диагностикалық бейнелеуде пайдалы болуы мүмкін. Эбола инфекциясына байланысты ақуыздармен байланысу үшін жасалған аптамерлерді зерттеу барысында мақсатты ақуыз EBOV sGP-мен байланысу қабілеті үшін оқшауланған үш аптамар салыстырылды. Бұл аптамерлер реттілігі мен құрылымы жағынан әр түрлі болғанымен, олар EBOV және SUDV-дан sGP-ге, сондай-ақ EBOV GP1.2-ге өте ұқсас салыстырмалы аффинитті көрсетеді. Бұл аптамерлер GP ген өнімдерінің жоғары дәрежедегі ерекшелігін көрсетті. Әсіресе, бір аптамар электрохимиялық сенсордағы таным элементі ретінде тиімді болып шықты, ол ерітіндідегі sGP және GP1.2-ді, сондай-ақ мембрана жағдайындағы GP1.2-ді анықтауға мүмкіндік берді. Бұл зерттеудің нәтижелері ақуыздың беттеріндегі кейбір аймақтарда аптатроптық қасиеттер болуы мүмкін деген қызықты ықтималдыққа назар аударады. Мұндай сайттардың негізгі ерекшеліктерін анықтау, аптамерлердің 3D-құрылымдық болжауларын жақсартумен бірге, аптамерлік өзара әрекеттесу сайттарын ақуыздарда болжаудың дәлдігін арттыру мүмкіндігі бар. Бұл өз кезегінде аптамерлердің жоғары аффинділік белдіктерге байлану ықтималдығы жоғары аптамерлерді анықтауға көмектеседі, сондай-ақ аптамерлерге байлануға елеулі әсер етуі мүмкін ақуыздық мутацияларға жарық түсіреді. Аптамерлер мен белоктардың арасындағы құрылымға негізделген өзара әрекеттесуді толық түсіну, аптамерлер белоктарының байланысуының есептеулік болжамдылығын жетілдіру үшін өте маңызды. Сонымен қатар, ол тәжірибелік SELEX протоколына деген қажеттілікті жоя алады.

Most aptamers are based on a specific oligomer sequence of 20 100 bases and 3 20 kDa. Some have chemical modifications for functional enhancements or compatibility with larger engineered molecular systems. DNA, RNA, XNA, and peptide aptamer chemistries can each offer distinct profiles in terms of shelf stability, durability in serum or in vivo, specificity and sensitivity, cost, ease of generation, amplification, and characterization, and familiarity to users. Typically, DNA and RNA based aptamers exhibit low immunogenicity, are amplifiable via Polymerase Chain Reaction (PCR), and have complex secondary structure and tertiary structure. DNA and XNA based aptamers exhibit superior shelf stability. XNA based aptamers can introduce additional chemical diversity to increase binding affinity or greater durability in serum or in vivo. As 22 genetically encoded and over 500 naturally occurring amino acids exist, peptide aptamers, as well as antibodies, have much greater potential combinatorial diversity per unit length relative to the 4 nucleic acids in DNA or RNA. Chemical modifications of nucleic acid bases or backbones increase the chemical diversity of standard nucleic acid bases. Split aptamers are composed of two or more DNA strands that are pieces of a larger parent aptamer that has been broken in two by a molecular nick. The ability of each component strand to bind targets will depend on the location of the nick, as well as the secondary structures of the daughter strands. The presence of a target molecule supports the joining of DNA fragments. This can be used as the basis for biosensors. Once assembled, the two separate DNA strands can be ligated into a single strand. Unmodified aptamers are cleared rapidly from the bloodstream, with a half life of seconds to hours. This is mainly due to nuclease degradation, which physically destroys the aptamers, as well as clearance by the kidneys, a result of the aptamer's low molecular weight and size. Several modifications, such as 2' fluorine substituted pyrimidines and polyethylene glycol (PEG) linkage, permit a serum half life of days to weeks. PEGylation can add sufficient mass and size to prevent clearance by the kidneys in vivo. Unmodified aptamers can treat coagulation disorders. The problem of clearance and nuclease digestion is diminished when they are applied to the eye, where there is a lower concentration of nuclease and the rate of clearance is lower. Rapid clearance from serum can also be useful in some applications, such as in vivo diagnostic imaging. In a study on aptamers designed to bind with proteins associated with Ebola infection, a comparison was made among three aptamers isolated for their ability to bind the target protein EBOV sGP. Although these aptamers vary in both sequence and structure, they exhibit remarkably similar relative affinities for sGP from EBOV and SUDV, as well as EBOV GP1.2. Notably, these aptamers demonstrated a high degree of specificity for the GP gene products. One aptamer, in particular, proved effective as a recognition element in an electrochemical sensor, enabling the detection of sGP and GP1.2 in solution, as well as GP1.2 within a membrane context. The results of this research point to the intriguing possibility that certain regions on protein surfaces may possess aptatropic qualities. Identifying the key features of such sites, in conjunction with improved 3 D structural predictions for aptamers, holds the potential to enhance the accuracy of predicting aptamer interaction sites on proteins. This, in turn, may help identify aptamers with a heightened likelihood of binding proteins with high affinity, as well as shed light on protein mutations that could significantly impact aptamer binding. This comprehensive understanding of the structure based interactions between aptamers and proteins is vital for refining the computational predictability of aptamer protein binding. Moreover, it has the potential to eventually eliminate the need for the experimental SELEX protocol.

Мақсаттар

Аптамерлердің нысаналарына кішкентай молекулалар мен ауыр металл иондары, белоктер сияқты ірі лигандтар және тіпті толық жасушалар кіре алады. Осы нысаналардың қатарында лизозим, тромбин, адам иммуножеткіліксіздік вирусының (HIV) транс-активациялық реактивті элементі (TAR), гемин, интерферон γ, қан тамырларының эндотелийлік өсу факторы (VEGF), простатаға тән антиген (PSA), допамин және классикалық емес онкоген – жылу шок факторы 1 (HSF1) бар. Аптамерлер қатерлі жасушаларға, приондарға, бактериялар мен вирустарға қарсы жасалған. Аптамерлердің вирусқа қарсы нысаналарына А және В грипп вирустары, тыныс жолдарының синцитиалды вирусы (RSV) жатады. Аптамерлер қоршаған ортаны зерттеу ғылымындағы протеомика үшін ерекше пайдалы болуы мүмкін. Антиденелер, басқа белоктар сияқты, нуклеин қышқылдарымен салыстырғанда тізбектеуге қиын. Оларды сақтау және өндіру де қымбатқа соғады, және жасуша өсіру арқылы өндірілуі немесе жануар сарысуынан алынуы себепті, ластану қаупі де жоғары. Сондықтан, аз зерттелген белоктар мен түрлерге қызығушылық танытқан зерттеушілерге компаниялар олардың қызығушылық танытқан нысанасына қарсы антиденелерді өндірмей, сақтамай немесе сапасын тиісті деңгейде растамай қалуы мүмкін. Керісінше, аптамерлерді анықтау оңай және оларды сақтауға ешқандай шығын кетпейді, себебі олардың нақты құрылымы цифрлық түрде сақталып, қажет болғанда синтезделе алады. Бұл оларды қаржыландырылмаған биологиялық зерттеулер үшін ғылыми-зерттеу құралдары ретінде экономикалық тұрғыдан тиімдірек етеді. Аптамерлер шай ішінде кездесетін теофиллин және өсімдік иммундық гормоны – абсциз қышқылы сияқты өсімдік қосылыстары үшін де бар. Өлімге әкелетін Amanita уыты – аманитинге қарсы аптамер әзірленген, бұл саңырауқұлақ нысанасына қарсы аптамердің мысалы. Аптамерлерді қолдануды шамамен сенсорлық, терапиялық, реагент өндіру және инженерлік санаттарға бөлуге болады. Сенсорлық қолданыстар экологиялық, биомедициналық, эпидемиологиялық, биоқауіпсіздік және негізгі зерттеулерде маңызды, онда аптамерлер сынақтарда, бейнелеу әдістерінде, диагностикалық сынақтарда және биосенсорларда зондтар ретінде қолданылады. Терапевтік қолданыстарда және дәлдік медицинасында аптамерлер дәрі ретінде, мақсатты дәрілік препараттарды жеткізу құралдары ретінде, бақыланатын босату механизмдері ретінде және шағын молекулалар мен белоктарды іздеу үшін жоғары өнімділікпен скринингтеуге арналған реагенттер ретінде жұмыс істей алады. Аптамерлер белок өндірісін бақылауға, сапаны бақылауға және тазартуға қолданылады. Олар молекулалық инженерияда белоктерді өзгертуге, мысалы, ПТР-ны сенімді ету үшін ДНК полимеразасын күшейтуге арналған құрал ретінде қолданылады. Аптамердің байланысу қабілеті оның динамикалық диапазоны мен анықтау шегіне де әсер ететіндіктен, нысана молекуланың жоғары концентрациясын анықтау кезінде байланысу қабілеті төмен аптамерлер қажет болуы мүмкін. Аффиниттік хроматография да аптамер сияқты аффиниттік реагенттің нысанаға байланысу және босату қабілетіне байланысты, ал төмен байланысу қабілеті нысана молекуланың босатылуына көмектесуі мүмкін. Сондықтан, нақты қолданыстар аптамердің байланысу қабілетінің пайдалы диапазонын анықтайды.

Aptamer targets can include small molecules and heavy metal ions, larger ligands such as proteins, and even whole cells. These targets include lysozyme, thrombin, human immunodeficiency virus trans acting responsive element (HIV TAR), hemin, interferon γ, vascular endothelial growth factor (VEGF), prostate specific antigen (PSA), dopamine, and the non classical oncogene, heat shock factor 1 (HSF1). Aptamers have been generated against cancer cells, prions, bacteria, and viruses. Viral targets of aptamers include influenza A and B viruses, Respiratory syncytial virus (RSV),

Aptamers may be particularly useful for environmental science proteomics. Antibodies, like other proteins, are more difficult to sequence than nucleic acids. They are also costly to maintain and produce, and are at constant risk of contamination, as they are produced via cell culture or are harvested from animal serum. For this reason, researchers interested in little studied proteins and species may find that companies will not produce, maintain, or adequately validate the quality of antibodies against their target of interest. By contrast, aptamers are simple to sequence and cost nothing to maintain, as their exact structure can be stored digitally and synthesized on demand. This may make them more economically feasible as research tools for underfunded biological research subjects. Aptamers exist for plant compounds, such as theophylline (found in tea) and abscisic acid (a plant immune hormone). An aptamer against a amanitin (the toxin that causes lethal Amanita poisoning) has been developed, an example of an aptamer against a mushroom target. Aptamer applications can be roughly grouped into sensing, therapeutic, reagent production, and engineering categories. Sensing applications are important in environmental, biomedical, epidemiological, biosecurity, and basic research applications, where aptamers act as probes in assays, imaging methods, diagnostic assays, and biosensors. In therapeutic applications and precision medicine, aptamers can function as drugs, as targeted drug delivery vehicles, as controlled release mechanisms, and as reagents for drug discovery via high throughput screening for small molecules and proteins. Aptamers have application for protein production monitoring, quality control, and purification. They can function in molecular engineering applications as a way to modify proteins, such as enhancing DNA polymerase to make PCR more reliable. Because the affinity of the aptamer also affects its dynamic range and limit of detection, aptamers with a lower affinity may be desirable when assaying high concentrations of a target molecule. Affinity chromatography also depends on the ability of the affinity reagent, such as an aptamer, to bind and release its target, and lower affinities may aid in the release of the target molecule. Hence, specific applications determine the useful range for aptamer affinity.

Антителоны ауыстыру

Аптамерлер көптеген биотехнологиялық қолданымдарда антиденелерді алмастыра алады, мысалы, вестерн блот, иммуногистохимия (IHC) және ағын цитометриясы. Терапевтикалық мақсатта олар өз лигандыларының агонистері немесе антагонистері ретінде әрекет ете алады. Антиденелер жақсы дамыған нарықта белгілі технология болса, аптамерлер көптеген зерттеушілер үшін салыстырмалы түрде жаңа технология болып табылады және маңызды зерттеу нысандарының тек бір бөлігіне ғана қарсы аптамерлер жасалған. Антиденелерден өзгеше, өзгертілмеген аптамерлер сарысудағы нуклеазамен ыдырауға және in vivo бүйрек арқылы шығарылуға көбірек бейім. Аптамерлер антиденелерге қарағанда өлшемі мен массасы жағынан әлдеқайда кішідір, бұл нақты қолданым үшін қайсысы қолайлы екенін анықтауда маңызды фактор болуы мүмкін. Егер аптамерлер нақты қолданым үшін қолжетімді болса, олардың антиденелерге қарағанда артықшылықтары төмен иммуногенділік, жоғары қайталанатындық және төмен құн, in vitro іріктеу шарттарына байланысты жоғары бақылау деңгейі, сондай-ақ беріктік, ерекшелік және сезімталдық үшін тиімді инженерлеу мүмкіндігін қамтиды. Бұдан өзге, аптамерлер зерттеулерде қолданылатын жануарлар санын азайтуға көмектеседі. Антиденелер бастапқы жағдайда анықтау үшін, ал поликлоналды антиденелерді өндіру үшін жануарларға тәуелді болса, аптамерлерді іріктеу және өндіру әдетте жануарларды қолданбай жүзеге асырылады. Дегенмен, фагты көрсету әдістері антиденелерді in vitro іріктеуге мүмкіндік береді, содан кейін жануарларды мүлдем пайдаланбау арқылы моноклоналды жасуша желісінен өндіріледі.

Терапевтикалық препараттарды бақылаудағы босату

Аптамерлердің ақуыздар сияқты молекулаларды қайтымды байланыстыру қабілеті, емдік биомолекулаларды, мысалы өсу факторларын, бақыланатын түрде босату үшін қолдануға деген қызығушылықты арттырды. Бұл, байланысу күшін реттеу арқылы өсу факторларын пассивті түрде босату арқылы, сондай-ақ аптамердің толықтырғыш олигонуклеотидтермен гибридтелуі немесе жасушалық тартым күштерінің әсерінен аптамердің жазылуы сияқты механизмдер арқылы белсенді босату арқылы іске асырылуы мүмкін.

Аптабид

AptaBiD (Aptamer Facilitated Biomarker Discovery) - биомаркерлерді табуға арналған аптамерге негізделген әдіс.

Пептидтік аптамарлар

Аптамерлердің көпшілігі ДНК, РНК немесе ХНҚ негізінде жасалса, пептидтік аптамерлер белгілі бір мақсатты молекулалармен байланысу үшін іріктелген немесе гендік инженерлік арқылы құрастырылған жасанды ақуыздар болып табылады.

Құрылымы

Пептидтік аптамарлар бір немесе бірнеше өзгермелі тізбекке ие пептидтік циклдерден тұрады, олар ақуыздық қаңқа арқылы ұсынылады. Пептидтік аптамардың "бастары" бірегей тізбекті қос спиральді ДНК "құйрықтарымен" ковалентті байланысқан, "тасбақалар" деп аталатын туындылары, олардың ДНК құйрықтарының полимераза тізбекті реакциясы (ПТР) арқылы (мысалы, сандық нақты уақыт полимераза тізбекті реакциясын қолдану арқылы) қоспадағы сирек кездесетін мақсатты молекулаларды сандық анықтауға мүмкіндік береді. Аптамардың өзгермелі аймақтарын құрайтын пептидтер, қаңқамен бірдей полипептидтік тізбектің бір бөлігі ретінде синтезделеді және олардың N және C ұштары қаңқаға байланысу арқылы шектеледі. Бұл екі еселі құрылымдық шектеу өзгермелі аймақтар қабылдай алатын үш өлшемді құрылымдардың әртүрлілігін азайтады, ал құрылымдық әртүрліліктің төмендеуі мақсатты молекуламен өзара әрекеттесу кезінде өзгермелі аймақтар біркелкі құрылымды қабылдауға мәжбүр болғанда молекулалық байланыстың энтропиялық шығынын төмендетеді.

Таңдау

Ең көп таралған пептидтік аптамерді іріктеу жүйесі – ашытқы екі гибриді жүйесі. Пептидтік аптамерлер фаг дисплейі, мРН дисплейі, рибосома дисплейі, бактерия дисплейі және ашытқы дисплейі сияқты басқа да беттік дисплей технологияларын қолданып құрастырылған комбинаторлық пептидтік кітапханалардан да іріктеле алады. Бұл тәжірибелік процедуралар биопанинг деп те аталады. Комбинаторлық пептидтік кітапханалардан іріктелген барлық пептидтер MimoDB дерекқорында сақталған.

Қолданбалар

Пептидтік аптамерлердің кітапханалары "мутагендер" ретінде пайдаланылған, онда зерттеуші клеткалық популяцияға әртүрлі пептидтік аптамерлерді экспрессиялейтін кітапхананы енгізеді, қажетті фенотипті іріктеп алады және осы фенотипті тудыратын аптамерлерді анықтайды. Зерттеуші содан кейін осы аптамерлерді әртүрлі белгілер ретінде қолданады, мысалы, ашытқы екі гибридтік скринингінде осы аптамерлердің нысанасы болған жасушалық ақуыздарды анықтау үшін. Мұндай тәжірибелер аптамерлер байланысқан нақты белгілі бір ақуыздарды және аптамерлер бұзған ақуыздық өзара әрекеттесулерді анықтайды, осылайша фенотип пайда болады. Бұған қоса, тиісті функционалдық топтармен модификацияланған пептидтік аптамерлер олардың нысаналы ақуыздарында нақты посттрансляциялық өзгерістерді тудыруы немесе нысаналардың субклеткалық орналасуын өзгертуі мүмкін.

Өнеркәсіп және ғылыми-зерттеу қауымдастығы

Аптамерлерге негізделген коммерциялық өнімдер мен компаниялар қатарында Macugen (пегаптаниб) дәрісі және SomaLogic клиникалық диагностикалық компаниясы бар. Аптамерлер жөніндегі халықаралық қоғам (INSOAP) – аптамерлерді зерттеу қауымдастығының кәсіби ұйымы, бұл тақырыпқа арналған «Аптамерлер» журналын шығарады. Апта индексі – 700-ден астам аптамерді тізімдеп, оларды тапсырыс беру процесін жеңілдететін ағымдағы деректер базасы.