Антитела и молекулы ДНК управляют химическими реакциями

Синтез на ДНК-шаблонах — мощный и универсальный метод управления химическими реакциями. К его преимуществам относятся высокая предсказуемость взаимодействия молекул ДНК по принципу комплементарности, низкая стоимость синтеза олигонуклеотидов и простота присоединения к ним других химических групп. Принцип действия достаточно прост: комплементарные олигонуклеотиды взаимодействуют, присоединенные к ним реагенты сближаются достаточно, чтобы началась реакция. Это позволяет, например, проводить реакцию в разбавленных растворах.

Существующие методы полагаются только лишь на комплементарность олигонуклеотидов. Скорость реакции в таком случае зависит от концентрации олигонуклеотидов и длины комплементарного участка. Авторы новой работы, опубликованной в Nature Communications, рационально сконструировали и синтезировали пару последовательностей ДНК, которые могут распознавать определенное антитело и связываться с его вариабельными участками. При этом реактивные группы на других концах олигонуклеотидов сближаются. Таким образом, появляется еще один фактор контроля — реакция протекает только в присутствии определенного антитела.

Пара олигонуклеотидов имеет короткий комплементарный участок, нестабильный в экспериментальных условиях (при наномолярных концентрациях компонентов). При добавлении же антител в реакционную смесь олигонуклеотиды гибридизуются с ними и затем формируют устойчивый дуплекс. Благодаря этому сближаются реагирующие группы и ускоряется реакция.

Ученые сначала испытали аналогичную схему, в которой вместо антител использовалась третья нуклеотидная цепочка, комплементарная свободным концам олигонуклеотидов (рис. 2 в статье). Команда подобрала такую длину комплементарного участка олигонуклеотидов, чтобы реакция не начиналась сама, без добавления дополнительной цепочки. В этой системе провели реакцию азид-алкинового циклоприсоединения (взаимодействие между азидами и алкинами с образованием 1,2,3-триазолов: классическая клик-реакция, протекающая в физиологических условиях).

Далее ученые проверили варианты системы с антительным контролем реакции, в которой антитела к дигоксигенину связывались с молекулой на концах олигонуклеотидов. Добавление антител в реакционную смесь повышало аффинность олигонуклеотидов, способствовало формированию дуплексов и ускорению реакции азид-алкинового циклоприсоединения. Систему также проверили на реакции лигирования амидофосфатов и показали, что присутствие антител также необходимо и для нее.

Принцип метода | Nature Communicanions, DOI: 10.1038/s41467-020-20024-3

Кроме того, исследователи протестировали разные антитела — к динитрофенолу, используемые в диагностике антитела к ВИЧ — с соответствующими антигенами на концах олигонуклеотидов. Когда смеси двух пар олигонуклеотидов с разными антигенами на концах добавляли соответствующие антитела, по очереди или одновременно, неспецифических реакций замечено не было.

Чтобы подтвердить терапевтический потенциал своего подхода, исследователи синтезировали аптамер, связывающий тромбин, и показали его способность ингибировать тромбин и снижать скорость коагуляции in vitro.

“Мы продемонстрировали стратегию использования специфических антител для контроля реакций синтеза широкого спектра молекул, от используемых в визуализации до терапевтических, — отмечает один из ведущих авторов, Франческо Риччи из Римского университета Тор Вергата. — Наш подход позволяет синтезировать функциональную молекулу из неактивных реагентов, только когда в реакционной смеси присутствует специфическое антитело».