大家分享一篇最近发表在Small上的文章，Protein-Templated Reactions Using DNA-Antibody Conjugates。这篇文章的通讯作者是来自意大利罗马大学托尔维加塔分校的Francesco Ricci教授和丹麦奥胡斯大学的Kurt V. Gothelf教授。

以DNA作为模板的化学反应已经在许多领域有了广泛的应用，例如药物发现、程序化多步骤合成、核酸检测和靶向给药等。但目前对这些反应的控制都仅局限于利用核酸的杂化来实现两个反应基团在空间上靠近。

在本文中，作者提出以蛋白质作为模板，以 DNA-抗体偶联物作为反应试剂，利用多克隆抗体对蛋白不同表位的结合实现两条互补DNA链在空间上靠近，从而将抗体对蛋白质的识别转化为DNA模板连接（图1）。互补域的设计使反应物链在稀释条件下不会杂交形成双链，而二价蛋白-抗体相互作用引起反应物链的接近可以诱导DNA双链杂交。

图1. 利用DNA-抗体偶联物实现蛋白质模板反应策略示意图。

作者首先使用人血清白蛋白（HSA）作为蛋白质模板，使用HSA的多克隆抗体来实现对蛋白不同表位的结合。为了实现抗体与DNA的偶联，作者使用了一种被称为LDLR的试剂对抗体进行修饰，它可以在抗体的铰链区标记上一个叠氮基团（图2A），接着再利用环张力促进的炔基-叠氮加成反应实现抗体与单链核酸的偶联。

图2. DNA与抗体的偶联以及利用FRET监测蛋白质诱导的邻近效应。

（DNA反应链浓度：30 nM）

为了研究HSA诱导的邻近效应，作者首先使用Cy3和Cy5荧光团标记的DNA链来代替反应基团，通过荧光共振能量转移（FRET）来监测蛋白诱导的共定域。结果表明，在HSA存在的情况下，邻近效应促进的FRET现象使荧光发射基团Cy3的荧光信号明显下降（图2E），并且随着HSA浓度的增加，FRET 比例也会增加。

图3. 以蛋白质为模板的化学反应。（DNA反应链浓度：30 nM）

接着，作者在DNA链末端修饰了叠氮和炔基，设想利用蛋白质作为模板来加速它们的反应。作者使用变性聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）对反应产物进行表征，在没有HSA蛋白存在时，反应不会发生；产物的生成量取决于HSA的浓度，在HSA浓度接近等摩尔时（20 nM），产物的生成达到最大值（图3C），但在较高浓度时逐渐降低。但当HSA大过量时，产物形成量又会增加，这可能来自于蛋白质聚集导致的非特异性共定域。

在替换为其他蛋白质如牛血清蛋白的情况下，该偶联反应不会发生，从而证明了该反应的特异性；在另一个对照试验中，作者使用了饱和浓度的抗HSA抗体，它与结合物竞争HSA结合，结果也会抑制反应。这些结果证明该反应是由HSA模板化引起的。

为了证明该体系的普适性，作者针对人类抗体IgG设计了一个新的体系（图3D），该体系类似于HSA，有对蛋白模板的浓度响应性。该体系表现出高度的模块化，通过改变偶联物中抗体的识别底物的性质，可以轻松地调整其对不同蛋白质的响应性。作者证明，在不同蛋白质模板存在的情况下，该体系还可以实现特异性的生物正交偶联反应，为生物正交反应带来新的可能。

总的来说，在本文中作者通过使用DNA-抗体偶联物，将蛋白质相互作用和DNA模板化学整合到同一个系统中，实现了以蛋白质为模板的正交反应。该方法具有特异性和正交性，原则上可以应用于任何抗体结合不同表位的蛋白质。这种策略还可以作为一个通用平台，通过使用由特定蛋白质作为模板，来实现生物活性治疗剂的合成。

作者：ZHS    审校：Roy Wu

Baranda, L.; Nijenhuis, M. A. D.; Ricci, F.; Gothelf, K. V. Protein-Templated Reactions Using DNA-Antibody Conjugates. Small 2022, 2200971.

Link: https://doi.org/10.1002/smll.202200971