家族性的早發(fā)型阿爾茲海默癥與β淀粉樣(Aβ)多肽單氨基酸突變相關，精準識別單點突變Aβ多肽對于認識阿爾茲海默癥及其致病機制具有重要意義。納米孔道具有獨特的納米限域效應與豐富的分子傳感位點，是一種典型的高靈敏、高分辨、高通量的單分子電化學傳感器，近年來在核酸、多肽及蛋白質(zhì)等生物分子高精度測量方面取得了迅速的發(fā)展。長期以來，納米孔道檢測主要是通過單分子事件的阻斷電流、阻斷時間兩種特征解析分析物特性，僅通過這兩種信號特征信息難以滿足準確表征電性、分子量以及結構特性等相近的多肽單氨基酸突變體的研究需求。
南京大學龍億濤教授團隊長期圍繞單分子水平Aβ多肽的亞穩(wěn)態(tài)中間體結構測量及寡聚體動態(tài)聚集過程實時檢測等研究，深入發(fā)展了納米孔道限域離子流傳感增強機制，建立了納米孔道-分析物相互作用電流模型，提出了納米孔道單分子指紋頻率譜學分析新方法（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 24582）。近日，在前期研究基礎上，提出了一種表征納米孔道電流噪音特征的參數(shù)—阻斷電流標準偏差（σb）—作為第三種阻斷電流特征描述。利用“噪音”中蘊含的信息差異提供新的數(shù)據(jù)分析維度，進一步科學量化了待測物的特征, 提升了納米孔道傳感性能，實現(xiàn)了混合體系中3種家族性Aβ多肽單點突變體與未突變多肽的同時分辨。
圖1. 定量描述阻斷電流標準偏差（σb）的納米孔道檢測 在T232K/K238Q aerolysin納米孔道檢測野生型（WT）與A22G突變型Aβ18-26多肽的阻斷電流信號時發(fā)現(xiàn)，兩者的阻斷電流、阻斷時間特征分布極其相似難以實現(xiàn)區(qū)分。當將σb與阻斷電流程度（Ib/I0）和/或阻斷時間（tD）兩種常規(guī)參數(shù)相結合時，利用機器學習分類可得，識別準確率可達87%，與兩種常規(guī)參數(shù)組合相比錯誤識別率降低了約1倍。在Ib/I0- log(tD)-σb三維特征數(shù)據(jù)圖上，準確定位了兩種多肽突變體單分子事件的分布。進而, 通過σb直方圖獲取單位時間內(nèi)混合物中WT與A21G Aβ18-26阻斷事件的占比, 可快速定量家族性Aβ多肽單點突變體。 圖2. 基于阻斷電流標準偏差(σb)定量混合體系中WT 與 A21G Aβ18-26多肽 最后，作者根據(jù)σb的分析物依賴性這一特點，與Ib/I0、tD結合，實現(xiàn)了A21G、E22Q、E22G突變型以及WT Aβ18-26 4種多肽的在混合體系中的直接分辨。本文提出的描述電流阻斷幅值、時間和標準偏差的三維特征圖譜策略，為復雜混合物體系中Aβ多肽單點突變體的精準識別提供了一種新思路, 可推廣應用于其他家族性疾病相關氨基酸突變多肽標志物的檢測和研究。 圖3. 家族性Aβ多肽單點突變體 (A21G、E22Q和E22G)基于三維特征圖譜的同時檢測。 論文信息 3D Blockage Mapping for Identifying Familial Point Mutations in Single Amyloid-β Peptides with a Nanopore Kai-Li Xin, Dr. Zheng-Li Hu, Dr. Shao-Chuang Liu, Xin-Yi Li, Jun-Ge Li, Hongyan Niu, Prof. Yi-Lun Ying, and Prof. Yi-Tao Long 南京大學化學專業(yè)博士研究生辛凱莉為論文的第一作者，胡正利博士和龍億濤教授為論文的通訊作者 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202209970
