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Progress in DNA Aptamers as Recognition Components for Protein Functional Regulation

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Chemical Research in Chinese Universities Aims and scope

Abstract

Proteins play a central role in all domains of life, and precise regulation of their activity is essential for understanding the related biological processes and therapeutic functions. Nucleic acid aptamers, the molecular recognition components derived from systematic evolution of ligands by exponential enrichment(SELEX), can specifically identify proteins with antibody-like recognition characteristics and help to regulate their activity. This minireview covers the SELEX-based selection of protein-binding aptamers, membrane protein analytical techniques based on aptamer-mediated target recognition, aptamer-mediated functional regulation of proteins, including membrane receptors and non-membrane proteins(thrombin as a model), as well as the potential challenges and prospects regarding aptamer-mediated protein manipulation, aiming to supply some useful information for researchers in this field.

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References

  1. Qin X. F., Yu C. M., Wei J., Li L., Zhang C. W., Wu Q., Liu J. H., Yao S. Q., Huang W., Adv. Mater., 2019, 31, 1902791

    Article  CAS  Google Scholar 

  2. Kuenzi B. M., Remsing Rix L. L., Stewart P. A., Fang B., Kinose F., Bryant A. T., Boyle T. A., Koomen J. M., Haura E. B., Rix U., Nat. Chem. Biol., 2017, 13, 1222

    Article  CAS  PubMed  PubMed Central  Google Scholar 

  3. Fan Y. F., Zhang W., Zeng L., Lei Z. N., Cai C. Y., Gupta P., Yang D. H., Cui Q., Qin Z. D., Chen Z. S., Trombetta L. D., Cancer Lett., 2018, 421, 186

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  4. Cerchia C., Lavecchia A., Curr. Med. Chem., 2017, 24, 2312

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  5. Hung M., C., Link W., J. Cell Sci., 2011, 124, 3381

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  6. Gorostiza P., Isacoff E. Y, Science, 2008, 322, 395

    Article  CAS  PubMed  PubMed Central  Google Scholar 

  7. Kramer R. H., Mourot A., Adesnik H., Nat. Neurosci., 2013, 16, 816

    Article  PubMed  PubMed Central  Google Scholar 

  8. Voss S., Klewer L., Wu Y. W., Curr. Opin. Chem. Biol., 2015, 28, 194

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  9. Liu Q., Tucker C. L., Curr. Opin. Chem. Biol., 2017, 40, 17

    Article  CAS  PubMed  PubMed Central  Google Scholar 

  10. Beyer H. M., Naumann S., Weber W., Radziwill G., Biotechnology Journal, 2015, 10, 273

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  11. Kim K. S., Seeley R. J., Sandoval D. A., Nat. Rev. Neurosci., 2018, 19, 185

    Article  CAS  PubMed  PubMed Central  Google Scholar 

  12. Mogaki R., Okuro K., Ueki R., Sando S., Aida T., J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 8035

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  13. Cho M. H., Lee E. J., Son M., Lee J. H., Yoo D., Kim J. W., Park S. W., Shin J. S., Cheon J., Nat. Mater., 2012, 11, 1038

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  14. Qiao S. L., Wang Y., Lin Y. X., An H. W., Ma Y., Li L. L., Wang L., Wang H., ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8, 17016

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  15. Schneider H., Yanakieva D., Macarrón A., Deweid L., Becker B., Englert S., Avrutina O., Kolmar H., ChemBioChem, 2019, 20, 3006

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  16. Sun M., Liu S., Wei X. Y., Wan S., Huang M. J., Song T., Lu Y., Weng X. N., Lin Z., Chen H. L., Song Y. L., Yang C. Y, Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 10431

    Article  CAS  Google Scholar 

  17. Long S. B., Long M. B., White R. R., Sullenger B. A., RNA, 2008, 14, 2504

    Article  CAS  PubMed  PubMed Central  Google Scholar 

  18. Gelinas A. D., Davies D. R., Edwards T. E., Rohloff J. C., Carter J. D., Zhang C., Gupta S., Ishikawa Y., Hirota M., Nakaishi Y., Jarvis T. C., Janjic N., J. Biol. Chem., 2014, 289, 8720

    Article  CAS  PubMed  PubMed Central  Google Scholar 

  19. Jarvis T. C., Davies D. R., Hisaminato A., Resnicow D. I., Gupta S., Waugh S. M., Nagabukuro A., Wadatsu T., Hishigaki H., Gawande B., Zhang C., Wolk S. K., Mayfield W. S., Nakaishi Y., Burgin A. B., Stewart L. J., Edwards T. E., Gelinas A. D., Schneider D. J., Janjic N., Structure, 2015, 23, 1293

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  20. Kahsai A. W., Wisler J. W., Lee J., Ahn S., Cahill lii T. J., Dennison S. M., Staus D. P., Thomsen A. R. B., Anasti K. M., Pani B., Wingler L. M., Desai H., Bompiani K. M., Strachan R. T., Qin X., Alam S. M., Sullenger B. A., Lefkowitz R. J., Nat. Chem. Biol., 2016, 12, 709

    Article  CAS  PubMed  PubMed Central  Google Scholar 

  21. Lupu L. M., Wiegand P., Holdschick D., Mihoc D., Maeser S., Rawer S., Völklein F., Malek E., Barka F., Knauer S., Uth C., Hennermann J., Kleinekofort W., Hahn A., Barka G., Przybylski M., Int. J. Mol. Sci., 2021, 22, 12832

    Article  CAS  PubMed  PubMed Central  Google Scholar 

  22. Wu J., Liang L., Zhang M., Zhu R., Wang Z., Yin Y., Yin B., Weng T., Fang S., Xie W., Wang L., Wang D., ACS Appl. Mater. Interfaces, 2022, 14, 12077

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  23. Ni S. J., Zhuo Z. J., Pan Y. F., Yu Y. Y., Li F. F., Liu J., Wang L. Y., Wu X. Q., Li D. J., Wan Y. Y., Zhang L. H., Yang Z. J., Zhang B. T., Lu A. P., Zhang G., ACS Appl. Mater. Interfaces, 2021, 13, 9500

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  24. Tran T. T. T., Delgado A., Jeong S., BioChip Journal, 2021, 15, 109

    Article  CAS  Google Scholar 

  25. Liu S., Xu Y.X., Jiang X., Tan H., Ying B.W., Biosens. Bioelectron., 2022, 208, 114168

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  26. Tuerk C., Gold L., Science, 1990, 249, 505

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  27. Ellington A. D., Szostak J. W., Nature, 1990, 346, 818

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  28. Wu Y., Zhang L. Q., Cui C., Cansiz S., Liang H., Wu C. C., Teng Y. T., Chen W. J., Liu Y., Hou W. J., Zhang X. B., Tan W. H., J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 2

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  29. Fan J., Wang H. H., Xie S., Wang M., Nie Z., ChemBioChem, 2020, 21, 282

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  30. Zhang K. X., Gao H., Deng R. J., Li J. H., Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 4790

    Article  CAS  Google Scholar 

  31. Bayat P., Nosrati R., Alibolandi M., Rafatpanah H., Abnous K., Khedri M., Ramezani M., Biochimie, 2018, 154, 132

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  32. Huang C. J., Lin H. I., Shiesh S. C., Lee G. B., Biosens. Bioelectron., 2010, 25, 1761

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  33. Liu Y., Peng C., Zhang H., Li J., Ou H., Sun Y., Wen C., Qi D., Hu X., Wu E., Tan W., Bioact. Mater., 2022, 12, 278

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  34. Camorani S., Crescenzi E., Fedele M., Cerchia L., Biochim. Biophys. Acta, 2018, 1869, 263

    CAS  Google Scholar 

  35. Kamatkar N., Levy M., Hébert J. M., Mol. Ther. Nucleic. Acids, 2019, 17, 530

    Article  CAS  PubMed  PubMed Central  Google Scholar 

  36. Zumrut H. E., Ara M. N., Maio G. E., Van N. A., Batool S., Mallikaratchy P. R., Anal. Biochem., 2016, 512, 1

    Article  CAS  PubMed  PubMed Central  Google Scholar 

  37. Hahn U., Biochimie, 2018, 145, 84

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  38. Hunter T., Cell, 2000, 100, 113

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  39. Lemmon M. A., Schlessinger J., Cell, 2010, 141, 1117

    Article  CAS  PubMed  PubMed Central  Google Scholar 

  40. Christopoulos A., Nat. Rev. Drug Discov., 2002, 1, 198

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  41. Zhang Z. J., Liu J. W., ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8, 6371

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  42. Qu L., Qiao X. Y., Qi F., Nishida N., Hoshino T., J. Chem. Inf. Model., 2021, 61, 2396

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  43. Kang S., Hah S. S., Bioconjug. Chem., 2014, 25, 1421

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  44. Tang X. C., Feng C., Pan Q. H., Sun F. Y., Zhu X. L., Trends Anal. Chem., 2021, 145, 116456

    Article  CAS  Google Scholar 

  45. Jia H. R., Zhang Z., Fang X. N., Jiang M., Chen M., Chen S. S., Gu K. D., Luo Z. F., Wu F. G., Tan W. H., Mater. Today Nano, 2022, 100188

  46. Yang W., Nan H. X., Xu Z. X., Huang Z. X., Chen S., Li J. Y., Li J., Yang H. H., Anal. Chem., 2021, 93, 12265

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  47. Wang L. P., Li W., Sun J., Zhang S.Y., Yang S., Li J. Y., Li J., Yang H. H., Anal. Chem., 2018, 90, 14433

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  48. Chen X. G., Qiu L. P., Cai R., Cui C., Li L., Jiang J. H., Tan W. H., ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, 12, 37845

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  49. Ambrosetti E., Bernardinelli G., Hoffecker I., Hartmanis L., Kiriako G., de Marco A., Sandberg R., Högberg B., Teixeira A. I., Nat. Nanotechnol., 2021, 16, 85

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  50. Maruyama I. N., Cells, 2014, 3, 304

    Article  PubMed  PubMed Central  Google Scholar 

  51. Cohen P., Nat. Rev. Drug Discov., 2002, 1, 309

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  52. Trusolino L., Bertotti A., Comoglio P. M., Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 2010, 11, 834

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  53. Wang L. P., Liang H., Sun J., Liu Y. C., Li J. Y., Li J. Y., Li J., Yang H. H., J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 12673

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  54. Chen S., Xu Z., Li S., Liang H., Zhang C., Wang Z., Li J., Li J., Yang H., Angew. Chem. Int. Ed., 2022, 61, e202113795

    CAS  Google Scholar 

  55. Zhang J. H., Qiu Z. Y., Fan J. H., He F., Kang W. Y., Yang S. H., Wang H. H., Huang J., Nie Z., Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 6733

    Article  CAS  Google Scholar 

  56. Manandhar M., Chun E., Romesberg F. E., J. Am. Chem. Soc., 2021, 143, 4859

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  57. Padroni G., Withers J. M., Taladriz S. A., Reichenbach L. F., Parkinson J. A., Burley G. A., J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 9555

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  58. Zumrut H., Yang Z., Williams N., Arizala J., Batool S., Benner S. A., Mallikaratchy P., Biochemistry, 2020, 59, 552

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  59. Sefah K., Yang Z., Bradley K. M., Hoshika S., Jiménez E., Zhang L., Zhu G., Shanker S., Yu F., Turek D., Tan W., Benner S. A., Proc. Natl. Acad. Sci., 2014, 111, 1449

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  60. Zhang L. Q., Yang Z. Y., Sefah K., Bradley K. M., Hoshika S., Kim M. J., Kim H. J., Zhu G., Jiménez E., Cansiz S., Teng I. T., Champanhac C., McLendon C., Liu C., Zhang W., Gerloff D. L., Huang Z., Tan W., Benner S. A., J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 6734

    Article  CAS  PubMed  PubMed Central  Google Scholar 

  61. Gasse C., Zaarour M., Noppen S., Abramov M., Marlière P., Liekens S., De Strooper B., Herdewijn P., ChemBioChem, 2018, 19, 754

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  62. Tan J., Zhao M. M., Wang J. M., Li Z. H., Liang L., Zhang L. Q., Yuan Q., Tan W. H., Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 1621

    Article  CAS  Google Scholar 

  63. Chen G. C., Cao Y. H., Tang Y. X., Yang X., Liu Y. Y., Huang D. H., Zhang Y. J., Li C. Y., Wang Q. B., Adv. Sci., 2020, 7, 1903783

    Article  CAS  Google Scholar 

  64. Chen S., Li J., Liang H., Lin X. H., Li J., Yang H. H., Chem. Eur. J., 2018, 24, 15988

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  65. Ueki R., Hayashi S., Tsunoda M., Akiyama M., Liu H., Ueno T., Urano Y., Sando S., Chem. Commun., 2021, 57, 5969

    Article  CAS  Google Scholar 

  66. Wang M., He F., Li H., Yang S., Zhang J., Ghosh P., Wang H. H., Nie Z., Nano Lett., 2019, 19, 2603

    Article  CAS  PubMed  PubMed Central  Google Scholar 

  67. Hong G. S., Antaris A. L., Dai H. J., Nat. Biomed. Eng., 2017, 1, 0010

    Article  CAS  Google Scholar 

  68. Yuan Q., Wu Y., Wang J., Lu D. Q., Zhao Z. L., Liu T., Zhang X. B., Tan W. H., Angew. Chem., 2013, 125, 14215

    Article  Google Scholar 

  69. Lei Z. H., Sun C. X., Pei P. P., Wang S. F., Li D. D., Zhang X., Zhang F., Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 8166

    Article  CAS  Google Scholar 

  70. Zhong Y. T., Ma Z. R., Wang F. F., Wang X., Yang Y. J., Liu Y. L., Zhao X., Li J. C., Du H. T., Zhang M. X., Cui Q. H., Zhu S. J., Sun Q. C., Wan H., Tian Y., Liu Q., Wang W. Z., Garcia K. C., Dai H. J., Nat. Biotechnol., 2019, 37, 1322

    Article  CAS  PubMed  PubMed Central  Google Scholar 

  71. Lino M. M., Simões S., Vilaça A., Antunes H., Zonari A., Ferreira L., ACS Nano, 2018, 12, 5207

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  72. Dai W. H., Dong H. F., Guo K. K., Zhang X. J., Chem. Sci., 2018, 9, 1753

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  73. Scott J. D., Pawson T., Science, 2009, 326, 1220

    Article  CAS  PubMed  PubMed Central  Google Scholar 

  74. Tang W., Hu J. H., Liu D. R., Nat. Commun., 2017, 8, 15939

    Article  CAS  PubMed  PubMed Central  Google Scholar 

  75. Amero P., Lokesh G. L. R., Chaudhari R. R., Cardenas Z. R., Schubert T., Attia Y. M., Montalvo G. E., Elsayed A. M., Ivan C., Wang Z., Cristini V., Franciscis V. D., Zhang S., Volk D. E., Mitra R., Rodriguez A. C., Sood A. K., Lopez B. G., J. Am. Chem. Soc., 2021, 143, 7655

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  76. Riccardi C., Napolitano E., Platella C., Musumeci D., Montesarchio D., Pharmacol. Ther., 2021, 217, 107649

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  77. Griffin L. C., Tidmarsh G. F., Bock L. C., Toole J. J., Leung L. L., Blood, 1993, 81, 3271

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  78. Musumeci D., Montesarchio D., Pharmacol. Ther., 2012, 136, 202

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  79. Huo S. D., Zhao P. K., Shi Z. Y., Zou M. C., Yang X. T., Warszawik E., Loznik M., Göstl R., Herrmann A., Nat.Chem., 2021, 13, 131

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  80. Chen Y. J., Mellot G., van Luijk D., Creton C., Sijbesma R. P., Chem. Soc. Rev., 2021, 50, 6659

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  81. Zhao P. K., Huo S. D., Fan J. L., Chen J. L., Kiessling F., Boersma A. J., Göstl R., Herrmann A., Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 14707

    Article  CAS  Google Scholar 

  82. Kuai H. L., Zhao Z. L., Mo L. T., Liu H., Hu X. X., Fu T., Zhang X. B., Tan W. H., J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 9128

    Article  CAS  PubMed  PubMed Central  Google Scholar 

  83. Mao Y., Gu J., Chang D. R., Wang L., Yao L. L., Ma Q. H., Luo Z. F., Qu H., Li Y. F., Zheng L., Nucleic Acids Res., 2020, 48, 10680

    Article  CAS  PubMed  PubMed Central  Google Scholar 

  84. Shiang Y. C., Huang C. C., Wang T. H., Chien C. W., Chang H. T., Adv. Funct. Mater., 2010, 20, 3175

    Article  CAS  Google Scholar 

  85. Shiang Y. C., Hsu C. L., Huang C. C., Chang H. T., Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 50, 7660

    Article  CAS  Google Scholar 

  86. Wang J., Wei Y. R., Hu X. X., Fang Y. Y., Li X. Y., Liu J., Wang S. F., Yuan Q., J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 10576

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  87. Riccardi C., Russo K. I., Musumeci D., Morvan F., Meyer A., Vasseur J. J., Paduano L., Montesarchio D., ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 35574

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  88. Liu K., Jin Y., Liang J. G., Wu Y., Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(11), 3477

    Google Scholar 

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This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(No. 21904046).

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Hu, L., Liu, K., Ren, G. et al. Progress in DNA Aptamers as Recognition Components for Protein Functional Regulation. Chem. Res. Chin. Univ. 38, 894–901 (2022). https://doi.org/10.1007/s40242-022-2124-8

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