Sequence optimization of a DNA aptamer inhibiting COVID-19 infection guided by analysis of secondary structure distribution

适体 计算生物学 蛋白质二级结构 化学 结构相似性 核酸 合理设计 DNA 序列(生物学) 生物系统 相似性(几何) 聚类分析 核糖核酸 小分子 寡核苷酸 结构生物信息学 分子动力学 结构生物学 核酸二级结构 生物物理学 功能分析 分布(数学) G-四倍体 核酸结构 还原(数学) 序列比对 计算机科学 DNA测序 蛋白质结构 序列分析
作者
Maria Izabel Muniz,Thomas Carzaniga,Giovanni Nava,Luca Casiraghi,Davide Giana,Stefano Rocca,Alessandro Pedretti,Jessica Dellavedova,Paolo Ciana,Tommaso Bellini,Marco Buscaglia
出处
期刊:Computational and structural biotechnology journal [Elsevier BV]
卷期号:31: 130-142 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.csbj.2025.12.010
摘要

The post-SELEX optimization of nucleic acid aptamers is often hindered by conformational ambiguity, as the specific functional structure is typically unknown. This study presents a combined computational and experimental framework to address this challenge, using an aptamer that inhibits the SARS-CoV-2/ACE2 interaction as a model system. We analyzed the secondary structure ensembles of a pool of aptamer candidates from an initial screening, employing kinetic and structural clustering alongside a novel nucleotide-structure similarity score. By correlating structural similarity patterns with measured inhibition data, we identified a specific structural cluster likely responsible for the inhibitory function. This insight guided the rational design of a new, truncated aptamer providing a length reduction from 76 to 67 nucleotides, engineered to maximize its similarity to this functional cluster. Experimental validation using a label-free biosensor confirmed that the novel aptamer, although shorter, maintained or enhanced inhibition against multiple SARS-CoV-2 RBD variants compared with the original aptamer, yielding a relative inhibition increase of 71 % for the WT variant. This work demonstrates an effective strategy to guide aptamer optimization by integrating computational structural analysis with initial functional screening data, thereby reducing experimental efforts and accelerating the development of high-performance aptamers.

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