课题组工作在Nucleic Acids Research杂志发表

       2025年2月15日，课题组第三篇研究工作，“Cancer cell target discovery: comparing laboratory evolution of expanded DNA six-nucleotide alphabets with standard four-nucleotide alphabets”的研究论文在学术期刊Nucleic Acids Research上发表，比较基于六核苷酸AEGIS与传统的四核苷酸的实验室体外进化技术，探索AEGIS在进化功能性分子方面的潜力。

       核酸适体体外进化技术是一种利用核酸（DNA或RNA）作为支架，通过随机变异和自然选择进化出功能性分子的方法。自1980年代以来，科学家们利用这一技术开发出能够结合特定靶标的核酸适体（aptamers）。然而，传统的四核苷酸DNA在进化功能性分子时存在局限性，例如信息密度低、结构折叠能力差以及难以添加功能性基团等。为克服这些限制，美国应用分子进化基金会Steven Benner教授团队开发了人工可进化遗传信息系统（AEGIS），这是一种包含多达12种可复制核苷酸的合成生物分子，具有更高的信息密度和更丰富的结构多样性。

      我们的研究团队联合美国应用分子进化基金会Steven Benner教授团队、北京大学肿瘤医院徐达医生团队，研究探讨了人工可进化遗传信息系统（AEGIS）在癌症细胞靶点发现和药物递送中的应用。AEGIS是一种扩展的DNA系统，包含多达12种可复制的核苷酸，相较于标准的四核苷酸DNA，AEGIS具有更高的信息密度和更多样化的碱基配对能力。研究人员通过实验室体外进化实验，生成了两种六核苷酸核酸适体（LZH5b和LZH8），并将其与一种标准四核苷酸适体（C10）进行了比较。实验结果表明，LZH5b和LZH8在结合特定癌细胞方面表现出了与C10相似的亲和力（约50 nM），并且都发现了癌细胞表面的蛋白质靶点，这些靶点通常被认为只在细胞内发挥作用。

      通过靶点鉴定实验和蛋白质组学分析，研究人员发现LZH5b结合了XRCC5和XRCC6蛋白，而LZH8结合了GRP78蛋白。这些蛋白质在肝癌细胞表面表达，但在正常肝细胞中不表达。进一步的实验验证了XRCC5和GRP78在肝癌细胞表面的存在，并确认了六碱基适体与这些靶点的结合。LZH5b通过巨胞饮作用和/或小窝介导的内吞作用进入细胞，而C10则通过网格蛋白介导的内吞作用进入细胞。LZH5b还可以作为药物递送系统的一部分，将抗癌药物多柔比星选择性地递送到肝癌细胞中。

       该研究展示了基于AEGIS的体外进化系统在癌症细胞靶点发现和药物递送方面的潜力。尽管AEGIS系统的分子生物学和分析化学支持尚不完善，但其在结合亲和力和功能性分子生成方面已经表现出了与标准体外进化相当甚至更好的性能。随着AEGIS系统的进一步优化，它有望在癌症研究和其他生物技术领域发挥更大的作用。通过引入更多的核苷酸和功能基团，AEGIS系统能够生成更多样化的功能性分子，克服了天然DNA系统的局限性。未来的研究将继续改进基于AEGIS的体外进化的技术，使其在癌症诊断和治疗中发挥更大的作用。

本论文获得了国自然青年项目、国自然面上项目和重点研发计划的基金支持。

论文链接：https:// doi.org/10.1093/nar/gkaf072