Structural basis for high-affinity recognition of aflatoxin B1 by a DNA aptamer

适体 生物 DNA 堆积 碱基对 分子识别 结合位点 生物物理学 立体化学 分子 生物化学 遗传学 化学 核磁共振 物理 有机化学
作者
Guohua Xu,Chen Wang,Hao Yu,Yapiao Li,Qiang Zhao,Xin Zhou,Conggang Li,Maili Liu
出处
期刊:Nucleic Acids Research [Oxford University Press]
卷期号:51 (14): 7666-7674 被引量:61
标识
DOI:10.1093/nar/gkad541
摘要

The 26-mer DNA aptamer (AF26) that specifically binds aflatoxin B1 (AFB1) with nM-level high affinity is rare among hundreds of aptamers for small molecules. Despite its predicted stem-loop structure, the molecular basis of its high-affinity recognition of AFB1 remains unknown. Here, we present the first high-resolution nuclear magnetic resonance structure of AFB1-AF26 aptamer complex in solution. AFB1 binds to the 16-residue loop region of the aptamer, inducing it to fold into a compact structure through the assembly of two bulges and one hairpin structure. AFB1 is tightly enclosed within a cavity formed by the bulges and hairpin, held in a place between the G·C base pair, G·G·C triple and multiple T bases, mainly through strong π-π stacking, hydrophobic and donor atom-π interactions, respectively. We further revealed the mechanism of the aptamer in recognizing AFB1 and its analogue AFG1 with only one-atom difference and introduced a single base mutation at the binding site of the aptamer to increase the discrimination between AFB1 and AFG1 based on the structural insights. This research provides an important structural basis for understanding high-affinity recognition of the aptamer, and for further aptamer engineering, modification and applications.
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