Photo-Programmable Temporal Uncoupling Enables One-Pot Isothermal Enrichment and Detection of Low-Abundance Single-Nucleotide Variants

重组酶聚合酶扩增 化学 桑格测序 限制性酶 环介导等温扩增 DNA 核酸内切酶 荧光 生物物理学 数字聚合酶链反应 检出限 分子生物学 突变体 模板 限制摘要 聚合酶 计算生物学 基因组DNA 聚合酶链反应 DNA测序 突变 多重位移放大 停流 核酸 限制地点 荧光染料 识别序列 突变 寡核苷酸 A-DNA
作者
Zhijin Li,Min Qing,Jianbo Wang,Chao Yu
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:98 (44): 31678-31691
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.6c05525
摘要

Abstract Sensitive detection of low-abundance single-nucleotide variants (SNVs) remains challenging because rare mutant alleles are frequently masked by overwhelming wild-type DNA backgrounds. Herein, we develop a photo-programmable temporally uncoupled one-pot isothermal sensing platform (PTU-One-Pot) for sensitive enrichment and detection of the EGFR L858R mutation. The platform integrates restriction endonuclease-mediated wild-type DNA digestion with recombinase polymerase amplification (RPA) in a closed tube. To resolve the intrinsic kinetic conflict between relatively slow wild-type DNA digestion and rapid RPA amplification, RPA primers are modified with a photocleavable 6-nitropiperonyloxymethyl (NPOM) group. During the initial phase, NPOM-caged primers suppress RPA amplification, allowing MlsI restriction endonuclease to selectively digest wild-type templates. Subsequent brief ultraviolet irradiation removes the NPOM protection and activates RPA amplification of remaining mutant-type templates. Mechanistic studies confirm RPA photo-programmable trigger and sequence-selective wild-type template cleavage. Droplet digital PCR, high-resolution melting, Sanger sequencing verify that PTU-One-Pot can effectively eliminate wild-type templates and convert the final products from wild-type-dominated to mutant-enriched. Under optimized conditions, fluorescence readout achieves a limit of detection of 0.05% variant allele frequency, showing high specificity to EGFR L858R mutation. Lateral flow assay integration enables low-instrument visual detection at 1% variant allele frequency. Evaluation using 23 formalin-fixed paraffin-embedded patient samples demonstrates that both fluorescence and lateral flow readouts are consistent with next-generation sequencing and droplet digital PCR reference results. Overall, this PTU-One-Pot strategy provides a rapid and sensitive isothermal platform for low-abundance mutation enrichment and analysis.
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