DNA 奈米技術揭示複雜的蛋白質相互作用，為癌症診斷提供訊息

由 Shao Huilin 副教授和 Brian Lim 副教授領導的新加坡國立大學健康創新與技術研究所 (iHealthtech) 的研究團隊開發了一項首創技術，利用 DNA 條碼繪製細胞中多種蛋白質相互作用。

該技術被稱為 TETRIS，可以明確地識別和量化大型中的多個互動夥伴。組件。透過捕捉腫瘤細胞內蛋白質相互作用的複雜層次結構，該技術揭示了驅動腫瘤細胞的詳細分子機制。。這使得診斷更加精確，可以在短短幾個小時內對癌症進行準確的分型並識別出侵襲性的疾病形式，這在以前是不可能的。

此外，TETRIS 還提供了重要的見解，醫生可以根據這些見解為個別患者制定治療策略。例如，識別導致癌症生長的特定蛋白質及其相互作用可以導致改善患者預後的標靶治療。

該團隊的研究結果發表於自然生物醫學工程2024年6月19日。兩人都是新加坡國立大學 iHealthtech 的研究員。

揭開陰險的癌細胞的面紗

蛋白質負責幾乎所有的基本生命過程。了解生命的這些組成部分如何相互作用是生物學和醫學的一個重要方面。

事實上，蛋白質之間廣泛相互作用，驅動健康和疾病中的重要功能和活動——破解這些相互作用不僅可以更好地預測細胞行為，而且具有廣泛的臨床應用，從改進疾病診斷到開發更有效的藥物治療策略。

然而，目前研究這些相互作用的方法有其局限性，例如錯誤結果和蛋白質相互作用分析不完整等。

黃金標準方法—酵母-兩種雜交檢測—需要基因操作，並且僅限於成對二元交互作用，使其不適合臨床樣本。另一種常見的方法——基於質譜的蛋白質組學——經常由於大量的樣品處理而錯過弱相互作用，並且在其評估中仍然是二元的。

總而言之，這些方法無法捕捉蛋白質相互作用的全光譜，特別是多個蛋白質相互作用形成大型功能組裝體的高階相互作用；高階蛋白質相互作用的變化通常與更具侵襲性的癌症類型有關。

新加坡國立大學研究人員轉向 DNA 奈米技術尋求解決方案。

「DNA 是一種可編程材料，可用於編碼豐富的信息，同時具有可預測的相互作用，這使我們能夠在奈米尺度上製作具有精細空間控制的複雜架構，」領導 TETRIS 設計的邵副教授說。她也來自新加坡國立大學設計與工程學院生物醫學工程系。

TETRIS 利用 DNA 奈米技術的優勢，利用混合分子結構作為智慧編碼器，直接繪製患者樣本中蛋白質交互作用的圖譜。每個編碼器都攜帶目標識別抗體和模板 DNA 條碼。

實際上，編碼器不僅與相互作用的蛋白質結合，而且其條碼與相鄰單元的條碼雙邊融合。由此產生的條碼捕捉了所有資訊——分子身份和空間關係——並可用於解碼廣泛的蛋白質相互作用。

與目前的方法不同，TETRIS 可測量成對和高階蛋白質相互作用，從而提供複雜蛋白質相互作用組的全面圖像。

「將蛋白質想像成科學會議上的代表。每個代表都會看到一個帶有獨特條碼的姓名標籤。當他們互動或『握手』時，TETRIS 通過將他們的條碼鏈接在一起來捕獲這些互動，”領導者Lim 副教授說。

「這創造了一系列相互作用，我們隨後可以透過演算法讀取和解碼。就像看到誰在會議上與誰聊天一樣，TETRIS 使我們能夠看到蛋白質如何在細胞內相互作用，為我們提供了一個可以理解的鏡頭並更有效地診斷疾病。

Lim 副教授也來自新加坡國立大學電腦學院電腦科學系。

TETRIS 的一個突出特點在於它能夠直接在臨床樣本中對蛋白質相互作用進行現場編碼和解碼。該技術已經在人類乳腺癌組織的活檢中進行了測試，從中準確診斷了癌症亞型，並揭示了與癌症侵襲性相關的高階蛋白質相互作用。

改變醫療保健的未來

TETRIS 提供了疾病分子基礎的更詳細、更準確的圖像——這對人類來說是一個福音診斷和治療。高階蛋白質交互作用的變化是侵襲性癌症的標誌，可以更容易地檢測到，從而導致更明智、個人化的臨床決策。

此外，TETRIS 的設計考慮到了可擴展性和適應性。該技術可以處理大量樣本並使用現有實驗室基礎設施快速產生結果，使其能夠以最小的干擾整合到常規臨床工作流程中。

例如，該技術可以在醫生辦公室使用，透過細針抽吸（一種更安全、微創的活檢）獲得的樣本可以快速分析，為治療決策提供資訊。

新加坡國立大學研究人員計劃將 TETRIS 的應用擴大到其他類型的癌症和神經系統疾病，這可能為針對多種疾病的新型診斷工具和治療幹預措施鋪平道路。

該團隊已為該技術申請了兩項專利，並希望將這項創新商業化。