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Angew. Chem. :纳米孔道无标记分辨家族性Aβ多肽单点突变体2022-11-22
家族性的早发型阿尔兹海默症与β淀粉样(Aβ)多肽单氨基酸突变相关,精准识别单点突变Aβ多肽对于认识阿尔兹海默症及其致病机制具有重要意义。纳米孔道具有独特的纳米限域效应与丰富的分子传感位点,是一种典型的高灵敏、高分辨、高通量的单分子电化学传感器, 近年来在核酸、多肽及蛋白质等生物分子高精度测量方面取得了迅速的发展。长期以来,纳米孔道检测主要是通过单分子事件的阻断电流、阻断时间两种特征解析分析物特性,仅通过这两种信号特征信息难以满足准确表征电性、分子量以及结构特性等相近的多肽单氨基酸突变体的研究需求。

南京大学龙亿涛教授团队长期围绕单分子水平Aβ多肽的亚稳态中间体结构测量及寡聚体动态聚集过程实时检测等研究,深入发展了纳米孔道限域离子流传感增强机制,建立了纳米孔道-分析物相互作用电流模型,提出了纳米孔道单分子指纹频率谱学分析新方法(Angew. Chem. Int. Ed. 2021,60, 24582)。近日,在前期研究基础上,提出了一种表征纳米孔道电流噪音特征的参数—阻断电流标准偏差(σb)—作为第三种阻断电流特征描述。利用“噪音”中蕴含的信息差异提供新的数据分析维度,进一步科学量化了待测物的特征, 提升了纳米孔道传感性能,实现了混合体系中3种家族性Aβ多肽单点突变体与未突变多肽的同时分辨。

 

 

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图1. 定量描述阻断电流标准偏差(σb)的纳米孔道检测

在T232K/K238Q aerolysin纳米孔道检测野生型(WT)与A21G突变型Aβ18-26多肽的阻断电流信号时发现,两者的阻断电流、阻断时间特征分布极其相似难以实现区分。当将σb与阻断电流程度(Ib/I0)和/或阻断时间(tD)两种常规参数相结合时,利用机器学习分类可得,识别准确率可达87%,与两种常规参数组合相比错误识别率降低了约1倍。在Ib/I0– log(tD)-σb三维特征数据图上,准确定位了两种多肽突变体单分子事件的分布。进而, 通过σb直方图获取单位时间内混合物中WT与A21G Aβ18-26阻断事件的占比, 可快速定量家族性Aβ多肽单点突变体。

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图2. 基于阻断电流标准偏差(σb)定量混合体系中WT 与 A21G Aβ18-26多肽

最后,作者根据σb的分析物依赖性这一特点,与Ib/I0tD结合,实现了A21G、E22Q、E22G突变型以及WT Aβ18-26 4种多肽的在混合体系中的直接分辨。本文提出的描述电流阻断幅值、时间和标准偏差的三维特征图谱策略,为复杂混合物体系中Aβ多肽单点突变体的精准识别提供了一种新思路, 可推广应用于其他家族性疾病相关氨基酸突变多肽标志物的检测和研究。

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图3. 家族性Aβ多肽单点突变体 (A21G、E22Q和E22G)基于三维特征图谱的同时检测。

文信息

3D Blockage Mapping for Identifying Familial Point Mutations in Single Amyloid-β Peptides with a Nanopore

Kai-Li Xin, Dr. Zheng-Li Hu, Dr. Shao-Chuang Liu, Xin-Yi Li, Jun-Ge Li, Hongyan Niu, Prof. Yi-Lun Ying, and Prof. Yi-Tao Long

南京大学化学专业博士研究生辛凯莉为论文的第一作者,胡正利博士和龙亿涛教授为论文的通讯作者

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202209970

 

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