邻近依赖性核酸自组装技术用于蛋白质相互作用解析★

doi:10.6023/A25050165

化学学报 ›› 2025, Vol. 83 ›› Issue (10): 1285-1292.DOI: 10.6023/A25050165 上一篇

综述

邻近依赖性核酸自组装技术用于蛋白质相互作用解析^★

苗成旺^a^,^b, 侯佳宁^a^,^c, 汪俊彦^a^,^*(), 韩达^a^,^c^,^*()

^a 中国科学院杭州医学研究所杭州 310022
^b 国科大杭州高等研究院分子医学院杭州 310024
^c 上海交通大学医学院分子医学研究院上海 200127

投稿日期:2025-05-13 发布日期:2025-07-08
通讯作者: 汪俊彦, 韩达

作者简介:

苗成旺, 于2024年获得中国药科大学学士学位, 现为中国科学院大学硕士研究生. 研究方向为开发智能核酸工具用于蛋白质相互作用信息的获取.

侯佳宁, 于2020年获得湖南大学学士学位, 现为上海交通大学医学院博士研究生. 研究方向为开发荧光RNA传感与应答系统, 以及利用抗体偶联DNA实现蛋白质相互作用信息的精准记录.

汪俊彦, 中国科学院杭州医学研究所助理研究员. 于2019年获得中国科学院化学研究所博士学位, 随后在上海交通大学分子医学研究院从事博士后研究工作至2022年. 主要研究方向为开发用于细胞功能分析与调控的智能核酸工具.

韩达, 中国科学院杭州医学研究所研究员, 2013年于美国佛罗里达大学化学系获博士学位. 2014~2018在美国英特尔公司制程研发中心进行芯片计算及架构设计研究, 2022年起任中国科学院杭州医学研究所研究员. 主要从事核酸化学与分子诊断相关研究, 开发智能核酸工具应用于解决细胞分析与疾病诊断等生物医学中难点问题.

^★ “中国青年化学家”专辑.

基金资助:
国家重点研发计划(2021YFA0909400); 国家自然科学基金(22225402); 国家自然科学基金(32341017); 浙江省引进培育领军型创新创业团队(2024R01005)

Acquiring Protein-protein Interaction Information Based on Proximity-dependent Nucleic Acid Self-assembly Technology^★

Chengwang Miao^a^,^b, Jianing Hou^a^,^c, Junyan Wang^a^,^*(), Da Han^a^,^c^,^*()

^a Hangzhou Institute of Medicine, Chinese Academy of Sciences, Hangzhou 310022, China
^b School of Molecular Medicine, Hangzhou Institute for Advanced Study, University of Chinese Academy of Sciences, Hangzhou 310024, China
^c Institute of Molecular Medicine, School of Medicine, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200127, China

Received:2025-05-13 Published:2025-07-08
Contact: Junyan Wang, Da Han
About author:
^★ For the VSI “Rising Stars in Chemistry”.
Supported by:
National Key Research and Development Program of China(2021YFA0909400); National Natural Science Foundation of China(22225402); National Natural Science Foundation of China(32341017); Leading Innovative and Entrepreneur Team Introduction Program of Zhejiang Province(2024R01005)

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摘要/Abstract

邻近依赖性核酸自组装技术通过将蛋白质-蛋白质相互作用(Protein-protein interactions, PPI)事件转化为易读取的核酸序列信息, 并结合核酸信号放大技术实现了对PPI的高灵敏、高通量检测. 本综述系统性解析邻近依赖性核酸自组装技术的底层逻辑及其在PPI分析中的作用机制: 重点剖析邻近效应诱导的探针局部浓度富集促进核酸自组装的基本原理; 全面阐述基于滚环扩增等核酸扩增技术的信号放大策略, 总结了当前研究在PPI检测灵敏度与通量方面协同提升的策略与进展; 深入探讨传统光学检测平台与高通量测序平台的信号读取方式. 通过系统性评述, 明确邻近依赖性核酸自组装技术在PPI检测中的核心优势, 同时指出现有体系在探针质量依赖性等方面的技术瓶颈. 最后, 展望该技术与人工智能、微流控芯片等前沿技术的跨学科融合, 进而推动精准医学等领域的范式变革.

关键词: 邻近依赖性核酸自组装, 蛋白质-蛋白质相互作用, 核酸信号放大, 荧光检测, 高通量测序

Proximity-dependent nucleic acid self-assembly technology has emerged as an innovative approach for ultrasensitive detection and dynamic analysis of protein-protein interactions (PPIs) by converting transient PPI events into programmable nucleic acid sequence. This technology integrates signal amplification strategies with versatile readout modalities to achieve high-resolution PPI characterization. In this review, the working mechanisms of proximity-dependent nucleic acid assembly in PPI studies are systematically elucidated. First, the fundamental principle of proximity-induced local enrichment of probes is emphasized, which drives sequence-specific nucleic acid hybridization and self-assembly. Subsequently, nucleic acid signal amplification strategies, such as rolling circle amplification, are elaborated. Furthermore, conventional fluorescence detection and next-generation sequencing-based digital platforms are discussed, and their respective strengths in spatial resolution and single-molecule sensitivity are highlighted. Finally, future advancements are envisioned through interdisciplinary integration with artificial intelligence, microfluidics, and other cutting-edge technologies, which may facilitate transformative applications in precision medicine and related fields.

Key words: proximity-dependent nucleic acid self-assembly, protein-protein interaction, nucleic acid signal amplification, fluorescence detection, high-throughput sequencing

引用此文

苗成旺, 侯佳宁, 汪俊彦, 韩达. 邻近依赖性核酸自组装技术用于蛋白质相互作用解析^★[J]. 化学学报, 2025, 83(10): 1285-1292.

Chengwang Miao, Jianing Hou, Junyan Wang, Da Han. Acquiring Protein-protein Interaction Information Based on Proximity-dependent Nucleic Acid Self-assembly Technology^★[J]. Acta Chimica Sinica, 2025, 83(10): 1285-1292.

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图/表 7

图1. 邻近依赖性核酸自组装用于PPI检测的原理(由Biorender创建)

Figure 1. The principle of proximity-dependent nucleic acid self-assembly for PPI detection (created by Biorender)

信号放大方法	RCA	HCR	bDNA	PCR
核心机制	酶促等温扩增	非酶促等温自组装	非酶促多级探针杂交	酶促热循环指数扩增
成本	中	低	中	高
商品化试剂盒	有	有	无	无
操作复杂度	中依赖两次酶促反应, 相对简单	低无酶, 仅需1~2轮孵育和洗涤, 反应条件简单	高无酶, 但需要3~4轮孵育和洗涤, 对操作者的要求较高	中依赖至少两次酶促反应及专用热循环仪
误差来源	(1) DNA连接酶活性波动 (2) Phi29聚合酶活性波动 (3)高丰度时的空间信号重叠	(1)非特异性发夹自组装 (2)反应环境中盐离子浓度等影响组装效率	(1)多轮孵育、洗涤操作导致误差 (2)探针的非特异性杂交	(1) DNA连接酶活性波动 (2) PCR的序列偏好性、保真度

表1. 不同信号放大方法用于PPI检测的比较

Table 1. Comparison of different signal amplification methods for PPI detection

图2. 基于RCA的信号放大策略用于PPI检测(由Biorender创建)

Figure 2. RCA-based signal amplification strategy for the detection of PPI (created by Biorender)

图3. 基于proHCR的信号放大策略用于PPI检测(由Biorender创建)

Figure 3. ProHCR-based signal amplification strategy for the detection of PPI (created by Biorender)

图4. 基于bPHA的信号放大策略用于PPI检测(由Biorender创建)

Figure 4. bPHA-based signal amplification strategy for the detection of PPI (created by Biorender)

图5. 基于TETRIS的PPI检测原理(由Biorender创建)

Figure 5. Principle of TETRIS-based PPI detection (created by Biorender)

图6. 基于Prox-Seq的单细胞蛋白间相互作用检测(由Biorender创建)

Figure 6. Single-cell PPI detection via Prox-Seq (created by Biorender)

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