核酸适配体技术概述 - 核酸适配体是一类短的单链DNA或RNA寡核苷酸，通过形成三维结构靶向特定蛋白或细胞，具有高度特异性、易于合成、可定制、热稳定性好、分子小、组织穿透能力强等优点，是治疗多种疾病的新选择 [2] SPARK-seq技术平台 - 中国科学院团队在Science上发表了研究，开发了名为SPARK-seq的高通量平台，该平台将单细胞mRNA测序、核酸适配体测序与基于CRISPR的细胞表面蛋白扰动技术相结合 [3] - 该技术旨在解决针对细胞表面蛋白进行原位核酸适配体筛选的高通量方法有限的问题，现有技术通量低且可能破坏蛋白质天然构象 [3][5] - SPARK-seq可在单次实验中，将5535种不同的核酸适配体与8种细胞表面蛋白进行匹配，捕获跨越超过两个数量级的蛋白质丰度区间，并涵盖多种生物物理类型的相互作用 [4] - 该方法能够区分高度相似的旁系同源蛋白且未检测到交叉反应，同时提供的动力学信息可用于优先筛选具有慢解离速率的核酸适配体 [4] - 该平台的一体化设计能在天然细胞环境中实现核酸适配体-靶标相互作用的高通量绘制，有效识别低丰度靶标的结合分子，并将靶标发现与动力学分析直接耦合 [5] 技术验证与性能 - 研究团队通过四轮细胞-SELEX筛选后，对核酸适配体库进行了针对13种细胞表面蛋白CRISPR基因敲除的混合细胞群筛选，并利用单细胞测序同步检测gRNA、转录组及核酸适配体结合事件 [6] - 使用自主研发的计算流程SPARTA对8466个高质量单细胞数据进行分析，将前10000条独特核酸适配体序列聚类为1906个家族，并鉴定出靶向8种不同细胞表面蛋白的5535条核酸适配体序列 [6] - 通过流式细胞术、表面等离子共振和微量热泳动等技术进行正交验证，证实了这些核酸适配体具有靶标特异性及纳摩尔级亲和力 [6] - 在多个靶点中，结合差异倍数与解离速率呈现强相关性，但与平衡亲和力无关，凸显了该平台能够筛选出具有延长靶标结合时间的核酸适配体 [7] - SPARTA的卷积神经网络分类器在预测PTK7结合序列方面达到约97%的准确率，其生成模块还成功产生了具有更优动力学特性的功能性核酸适配体变体 [7] 技术意义与应用前景 - SPARK-seq是一个集成平台，结合了CRISPR介导的遗传扰动、单细胞转录组学和基于序列的核酸适配体分析，并通过深度学习框架SPARTA进行增强 [8] - 该工作为“核酸适配体组学”奠定了基础，这是一个多组学驱动的框架，能够大规模、测序驱动地解码核酸适配体结合特异性及靶标特性 [8] - 该技术通过将数百万个核酸适配体结合事件转化为高维测序数据，实现了在数千个单个细胞中直接进行基因型-表型-配体映射 [8] - 这种多模式策略拓展了检测低丰度及构象敏感性靶标的动态范围，在序列分辨率层面解析动力学和富集模式，并支持高特异性核酸适配体的快速、可扩展发现及理性优化，为先进的诊断和治疗应用铺平道路 [8]