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L'analisi degli acidi nucleici mediante sonde di ibridazione viene eseguita di routine per rilevare e quantificare specifiche sequenze di DNA/RNA1. Una delle sonde di ibridazione di maggior successo è la sonda Molecular Beacon (MB), che è un DNA a forma di forcina
oligonucleotide marcato con un fluoroforo e un quencher ai terminali opposti 2,3. Rileva istantaneamente (senza la necessità di lavare il complesso sonda-bersaglio dall'eccesso della sonda) la presenza di una sequenza di acido nucleico complementare al frammento dell'ansa della sonda ed è comunemente usato nella PCR quantitativa (qPCR). La necessità di legare in modo covalente due coloranti - il fluoroforo e il quencher - alla sequenza oligonucleotidica della sonda aumenta il costo, in particolare quando è necessaria una nuova sonda MB mirata a una nuova sequenza di acido nucleico. In alternativa, la sonda MB può essere utilizzata come reporter di segnale in un formato di sonda di ibridazione multicomponente (split), in cui due oligonucleotidi non marcati interagiscono sia con il target che con il reporter della sonda MB4. L'approccio della sonda multicomponente migliora la selettività per il riconoscimento degli acidi nucleici e migliora il legame della sonda con bersagli strutturati 5,6,7, Questo approccio, tuttavia, non elimina la necessità di marcatura covalente del reporter con un fluoroforo8.
Gli aptameri fluorescenti luminosi (FLAP)9 sono aptameri che hanno un'affinità con i coloranti sensibili all'ambiente a bassa fluorescenza (fluorogeni), in cui il legame con FLAP migliora la fluorescenza del collettore del fluorogeno. A differenza delle sonde marcate in fluorescenza e dei reporter di segnale, i FLAP non richiedono che gli elementi di rilevamento siano marcati in modo covalente con uno o più coloranti e offrono quindi il vantaggio del rilevamento della fluorescenza senza marcatura10. Ciò è particolarmente importante durante la fase di ottimizzazione, quando è necessario testare dozzine di costrutti di acidi nucleici per ottenere prestazioni di analisi soddisfacenti. Inoltre, i saggi FLAP possono essere ottimizzati regolando la concentrazione di un sensore di fluorogeno e/o FLAP piuttosto che modificare il design del sensore. Questi vantaggi possono essere significativi per i laboratori di ricerca e didattica a basso budget. I DNA FLAP sono particolarmente promettenti come segnalatori di segnali di sonde di ibridazione multicomponente denominate Split Light-up Aptamer Sensors (SLAS)11. Il DNA FLAP più efficiente riportato finora è DAP-10-42, che è stato originariamente selezionato per migliorare la fluorescenza dei coloranti dapoxyl sulfonyl12, con una capacità promiscua di legare e migliorare la fluorescenza di una varietà di coloranti arilmetano (ad esempio, auramina O, AO; cristallovioletto, CV)13. DAP-10-42 è stato convertito in SLAS per essere utilizzato per l'analisi degli acidi nucleici 13,14,15.
L'obiettivo del metodo qui descritto è quello di consentire l'analisi sequenziale specifica di bersagli di acidi nucleici di interesse utilizzando filamenti SLAS label-free e un colorante fluorogenico come componente tampone. Questo protocollo descrive un algoritmo per progettare SLAS basato su DAP-10-42 e mette in evidenza le prestazioni di SLAS per il rilevamento altamente selettivo di sequenze di acidi nucleici che differiscono in un solo nucleotide.
Il test di rilevamento dell'acido nucleico SLAS richiede due oligonucleotidi di DNA non modificati sintetizzati su misura utilizzati a una concentrazione finale di 0,5-1 μM per ottenere le massime prestazioni. Il protocollo qui descritto utilizza un colorante Auramina O (AO) disponibile in commercio come fluorogeno. La concentrazione finale di AO nel saggio varia da 1 a 10 μM per garantire un elevato aumento della fluorescenza in presenza di uno specifico bersaglio di acido nucleico rispetto al bianco (assenza del bersaglio; Figura supplementare 1). I componenti necessari del tampone del saggio sono gli ioni potassio e magnesio (Figura 2 supplementare). Gli ioni potassio (1,25-40 mM) stabilizzano il dominio G-quadruplex proposto del FLAP utilizzato come reporter di segnale. Gli ioni magnesio (2,5-50 mM) riducono la repulsione dei gruppi fosfato caricati negativamente in seguito alle interazioni SLAS-bersaglio. La temperatura del test SLAS utilizzando le sequenze riportate per il dominio di segnalazione del segnale non deve superare i 28 °C per evitare la perdita di prestazioni16.
SLAS è compatibile con bersagli di acidi nucleici a singolo filamento, come gli ampliconi di DNA della PCR asimmetrica o una reazione di amplificazione isotermica del DNA (ad esempio, l'amplificazione della polimerasi ricombinasi, RPA17), i prodotti dell'RNA dall'amplificazione mediata dalla trascrizione (TMA) o dall'amplificazione basata sulla sequenza di acidi nucleici (NASBA)18 e le molecole di RNA native come miRNA, rRNA o ncRNA). Le variazioni nella sequenza nucleotidica del bersaglio fino a un singolo nucleotide possono essere rilevate utilizzando l'approccio SLAS13,14.