Digestion of Dynamic Substrate by Exonuclease Reveals High Single-Mismatch Selectivity

化学 核酸外切酶 核酸外切酶 III DNA 核酸酶 寡核苷酸 生物物理学 生物化学 基因 DNA聚合酶 生物 大肠杆菌
作者
Yingjie Yu,Liang Ma,Lidan Li,Yingnan Deng,Lida Xu,Hua Liu,Lehui Xiao,Xin Su
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:90 (22): 13655-13662 被引量:20
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.8b03963
摘要

The distinctive nuclease activity toward nucleic acid substrates enables various applications in analytical chemistry and dynamic DNA nanotechnology. λ Exonuclease is a widely used tool for the processing of PCR products, and DNA sequencing. This enzyme also shows promise for reducing the leakage (i.e., activation in absence of a correct input) in DNA-based analytical methods and nanotechnology due to its sensitivity to mismatches. However, the selectivity of λ exonuclease for single-mismatch in most applications is not high. Inspired by the increased specificity of dynamic probes in DNA nanotechnology, we enhanced the single-mismatch selectivity of λ exonuclease by using very short double-stranded DNA (dsDNA) as the substrate. From the bulk fluorescence measurements, short perfectly matched (PM) substrate which is as a correct input can be effectively digested, but the existence of single-mismatch drastically reduces the digestion rate. Real-time single-molecule kinetics analysis reveals that PM substrate can be selectively stabilized by the binding of λ exonuclease, which combines with the differential stability of transient hybridization of short substrates to yield high single-mismatch selectivity. An excellent selective assay for a single-nucleotide mutation in KRAS was demonstrated, which permits detecting this mutation from cell line at as low as 0.02%, holding potential for detecting rare mutations in circulating tumor DNA of early stage cancers.
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