[논문] 바코드가 있는 나노프로브: 센서가 활성 프로테아제를 감지합니다.

단백질 분해 효소는 많은 생리학적 과정에서 중요한 역할을 합니다. 이러한 프로테아제는 일반적으로 비활성 상태로 존재하며 특정 조건에서만 활성화됩니다. 일부는 감염이나 암과 같은 질병과 연관되어 있으므로 활성 프로테아제를 선택적으로 검출할 수 있는 방법을 갖는 것이 중요합니다.

기사에서 출판됨 일지에서 응용화학 국제판과학자들은 새로운 종류의 프로테아제-활성도 센서: 펩타이드 DNA가 장착된 금나노입자.

Devleena Samanta와 Anna Capasso(미국 오스틴 소재 텍사스 대학교)가 이끄는 연구팀은 이러한 나노프로브가 여러 활성 프로테아제를 병렬로 감지할 수 있음을 보여주었습니다(다중 측정). 이 방법은 다음에서 작동합니다. 실온 복잡한 시료 준비나 정교한 장비가 필요하지 않습니다.

새로운 프로브의 핵심에는 펩타이드와 DNA 단편으로 구성된 사슬이 장착된 금 나노입자가 있다. 펩타이드 구조는 검출되는 프로테아제에 의해 분리되는 구조로 설계되었습니다. DNA는 펩타이드를 식별하는 고유한 바코드 역할을 하며 신호를 증폭하기도 합니다. 원하는 프로테아제가 샘플에 활성 형태로 존재하면 펩타이드가 이를 분할합니다. 이렇게 하면 DNA 바코드가 용액에 방출되며, 여기서 서열을 기반으로 감지할 수 있습니다.

이 감지를 수행하기 위해 팀은 CRISPR/Cas12a 테스트를 사용합니다. Cas12a 효소는 가이드 RNA(gRNA)에 결합되어 비활성 복합체를 형성합니다. gRNA에는 바코드 DNA에 특이적으로 결합하는 세그먼트가 포함되어 있습니다. 이는 Cas12a를 활성화하여 이제 단일 가닥 DNA(ssDNA)를 “절단”할 수 있게 됩니다.

테스트를 위해 연구진은 한쪽 끝에 형광단(형광단)이 있는 ssDNA 분자를 추가하고 다른 쪽 끝에는 형광단의 형광을 “끄는” 소광제(quencher)를 추가했습니다. ssDNA가 절단되면 형광단과 소광제가 더 멀리 떨어져 이동합니다. 이는 테스트할 프로테아제가 존재함을 나타내는 강한 형광을 나타냅니다(검출 한계 약 58pM).

현장에 장비가 없고 테스트를 빠르게 진행해야 하는 경우에는 맨눈: 프로테아제가 프로브의 펩타이드를 분리하면 금 나노입자의 표면 전하가 변하여 응집됩니다. 이러한 소위 “플라즈몬 나노구조”의 색상은 응집 정도에 따라 크게 달라집니다. 나노몰의 프로테아제 농도를 검출하는 것이 가능합니다. 색상 변경 테스트 솔루션에서.

프로테아제 3CL과 카스파제3의 다중 검출을 통해 팀은 새로운 방법의 높은 감도와 선택성을 입증할 수 있었습니다. 3CL은 활성 코로나바이러스 감염의 지표이며, 코로나 환자는 종종 세포사멸 표지인 카스파제3의 활성이 증가합니다. 이 시험의 임상적 잠재력은 다음과 관련된 프로테아제인 카텝신 B의 검출로도 입증되었습니다. 대장암환자로부터 얻은 세 가지 다른 종양 세포주에서.

이러한 나노프로브는 상업용 형광 기반 프로테아제 센서에 비해 100배 더 높은 형광 신호를 생성합니다. 더욱이, 분할된 펩타이드가 알려진 경우 사실상 모든 프로테아제를 검출할 수 있습니다. 종합하면, 이러한 나노프로브는 잠재적으로 조기 질병 감지를 가능하게 하고 다중화를 통해 진단 테스트의 정확성과 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.