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构象转换适配体（structure-switching aptamers，SSAs）是一类短链寡核苷酸，在结合特异性靶标后会发生较大的构象变化。这种变化可用于读出靶标水平，目前已有基于SSA的传感器用于检测药物、代谢物和毒素等靶标。尽管SSA具有作为分子传感器的潜力，但我们尚无法预测SSA如何折叠、如何结合其靶标，或最终形成何种SSA–靶标构象，而且目前解析得到的SSA结构极少。在本研究中，我们采用深度突变扫描（deep mutational scanning，DMS）探究SSA的结构与功能，重点研究了三种已发表的皮质醇检测SSA。我们表明，DMS能够提供丰富的信息：它不仅可以识别活性所必需的碱基，还能绘制靶标存在或缺失条件下的碱基配对关系。我们发现，尽管这三种SSA的预测结构不同，但它们在与靶标结合时具有相似的结构。 为拓展我们对SSA识别皮质醇机制的理解，我们筛选获得了多种新的皮质醇结合SSA。令人惊讶的是，我们鉴定出了一系列多样化的序列，而这些序列均与已发表的皮质醇SSA具有相似的核心结构——因此，许多不同的序列均趋同于采用相同的靶标识别模式。最后，我们利用DMS证明，仅通过少量突变即可改变靶标特异性，并绘制出决定特异性的关键位点。我们 conclude，DMS能够为SSA的作用机制提供丰富信息；若对大量SSA开展此类分析，有望显著改进SSA作用机制的模型。
结构转换型适配体的深度突变扫描揭示碱基需求与碱基配对，并发现分别决定敏感性或特异性的区域 | bioRxiv
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结构转换型适配体的深度突变扫描揭示碱基需求与碱基配对，并发现分别决定敏感性或特异性的区域
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June H Tan
，
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Andrew G Fraser
doi： https://doi.org/10.64898/2026.09.06.749718
June H Tan 多伦多大学
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Andrew G Fraser 多伦多大学
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通讯作者： andyfraser.utoronto{at}gmail.com
摘要
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摘要
结构转换型适配体（structure-switching aptamers，SSAs）是短链寡核苷酸，能够在结合其特异性靶标时发生大幅度构象变化。这种变化可用于读取靶标水平，目前已有基于 SSA 的传感器被开发用于检测药物、代谢物和毒素等靶标。尽管 SSA 具有作为分子传感器的潜力，但我们仍无法预测 SSA 如何折叠、如何结合其靶标，或最终形成何种 SSA∶靶标构象，而且目前已解析的 SSA 结构极少。在本研究中，我们采用深度突变扫描（deep mutational scanning，DMS）探究 SSA 的结构与功能，重点研究了三种已发表的皮质醇检测 SSA。我们表明，DMS 能够提供丰富的信息：它不仅可以鉴定活性所必需的碱基，还能够绘制靶标存在或不存在时的碱基配对图谱。我们发现，尽管这三种 SSA 的预测结构不同，但它们在与靶标结合时具有相似的结构。为了拓展我们对 SSA 如何识别皮质醇的理解，我们筛选了许多新型皮质醇结合 SSA。令人惊讶的是，我们鉴定出多种多样的序列，而这些序列均与已发表的皮质醇 SSA 具有相似的核心结构——因此，许多不同的序列可能会趋同于相同的靶标识别模式。最后，我们利用 DMS 表明，仅通过少量突变即可改变靶标特异性，并绘制出决定特异性的关键因素。我们得出结论：DMS 能够提供关于 SSA 工作机制的丰富信息，而针对大量 SSA 获得此类数据，可能有助于显著改进 SSA 机制模型。
利益冲突声明
A.G.F. 和 J.H.T. 被列为一项临时专利申请的发明人。该申请由多伦多大学提交，涉及条形码标记结构转换型适配体的应用。
资助信息声明
加拿大卫生研究院， https://ror.org/01gavpb45 PJT183712 PJT204094
版权
本预印本的。
本文依照 CC-BY-NC-ND 4.0 国际许可协议 提供。
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发布于 2026 年 9 月 9 日。
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June H Tan
，
Andrew G Fraser
bioRxiv 2026.09.06.749718； doi： https://doi.org/10.64898/2026.09.06.749718
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结构转换型适配体的深度突变扫描揭示碱基需求与碱基配对，并发现分别决定敏感性或特异性的区域
June H Tan
，
Andrew G Fraser
bioRxiv 2026.09.06.749718； doi： https://doi.org/10.64898/2026.09.06.749718
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.06.749718v1?rss=1
🏷️ 结构转换型适配体 深度突变扫描 皮质醇识别 碱基配对 分子传感器