- 南大龍億濤團(tuán)隊(duì)納米孔道電化學(xué)鑒別家族性Aβ多肽單點(diǎn)突變體
- 發(fā)布日期：2022-10-12
近日，南京大學(xué)龍億濤教授團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)快速提取表征納米孔道電流噪音特征的分析方法，將阻斷電流標(biāo)準(zhǔn)偏差（σb）作為三維表征參數(shù)，描述單分子信號(hào)電流阻斷特征，改變了僅依賴(lài)阻斷電流、阻斷時(shí)間兩種常規(guī)參數(shù)解析分析物特性的納米孔道傳統(tǒng)檢測(cè)模式，實(shí)現(xiàn)了混合體系中3種單氨基酸突變與未突變Aβ多肽的同時(shí)分辨。
β淀粉樣(Aβ)多肽單氨基酸突變是家族性早發(fā)型阿爾茲海默癥的潛在致病因素, 精準(zhǔn)鑒別單點(diǎn)突變Aβ多肽對(duì)于揭示阿爾茲海默癥的致病機(jī)制與判定病變階段具有重要意義。龍億濤教授團(tuán)隊(duì)前瞻性地把握了納米孔道在多肽研究中的潛力，早在十多年前便將納米孔道單分子電化學(xué)分析技術(shù)首次應(yīng)用于Aβ多肽片段構(gòu)象研究（Anal. Chem. 2011, 83, 1746）。經(jīng)過(guò)團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期的積累與沉淀，理論解析了納米孔道限域離子流傳感增強(qiáng)機(jī)制，建立起納米孔道-分析物相互作用電流模型，提出納米孔道單分子指紋頻率譜學(xué)分析新方法（JACS Au 2021, 1, 967; Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 24582; J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 15072）。基于此，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)快速提取表征納米孔道電流噪音特征的分析方法，將阻斷電流標(biāo)準(zhǔn)偏差（σb）作為三維表征參數(shù)，描述單分子信號(hào)電流阻斷特征，改變了僅依賴(lài)阻斷電流、阻斷時(shí)間兩種常規(guī)參數(shù)解析分析物特性的納米孔道傳統(tǒng)檢測(cè)模式，實(shí)現(xiàn)了混合體系中3種單氨基酸突變與未突變Aβ多肽的同時(shí)分辨。
研究發(fā)現(xiàn)野生型（WT）與A21G突變型Aβ18-26多肽通過(guò)T232K/K238Q aerolysin納米孔道時(shí), 產(chǎn)生的單分子信號(hào)的阻斷電流、阻斷時(shí)間特征難以區(qū)分，而將σb與阻斷電流程度（Ib/I0）或阻斷時(shí)間（tD）任一常規(guī)參數(shù)相結(jié)合時(shí)，機(jī)器學(xué)習(xí)分類(lèi)結(jié)果表明識(shí)別準(zhǔn)確率可達(dá)87%，錯(cuò)誤識(shí)別率比兩種常規(guī)參數(shù)組合降低了約1倍。進(jìn)而，準(zhǔn)確定位了WT 與A21G Aβ18-26兩種多肽單分子阻斷事件在Ib/I0-log(tD)-σb三維特征數(shù)據(jù)圖上的分布。通過(guò)σb直方圖計(jì)算獲得了相同時(shí)間內(nèi)混合體系中WT與A21G Aβ18-26單分子事件數(shù)量的占比, 表明σb有望用于家族性Aβ多肽單點(diǎn)突變體的定量。
根據(jù)其分析物依賴(lài)性這一特點(diǎn)，將σb與Ib/I0、tD結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了混合物中A21G、E22Q、E22G突變型以及WT Aβ18-26 4種多肽的直接分辨。本文提出的納米孔道電流阻斷幅值、時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)偏差三維特征圖譜鑒別策略，為復(fù)雜混合物體系中Aβ多肽單點(diǎn)突變體的精準(zhǔn)識(shí)別提供了一種新思路, 可推廣應(yīng)用于其他家族性疾病相關(guān)突變多肽標(biāo)志物的檢測(cè)和研究。
相關(guān)成果以“3D Blockage Mapping for Identifying Familial Point Mutations in Single Amyloid-β Peptides with a Nanopore”為題發(fā)表于Angew. Chem. Int. Ed. (2022, DOI: 10.1002/anie.202209970), 南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院博士研究生辛凱莉?yàn)檎撐牡谝蛔髡撸毖芯繂T和龍億濤教授為論文通訊作者。該工作得到了國(guó)家基金委自然科學(xué)基金（22106066，22027806, 22090054, 21834001）和粵深聯(lián)合基金青年基金項(xiàng)目（2020A1515110298）的資助。
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