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

doi:10.6023/A25050165

Acta Chimica Sinica ›› 2025, Vol. 83 ›› Issue (10): 1285-1292.DOI: 10.6023/A25050165 Previous Articles

Review

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)

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

Cite this article

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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References 54

[1]	Greenblatt J. F.; Alberts B. M.; Krogan N. J. Cell 2024, 187, 6501. doi: 10.1016/j.cell.2024.10.038 pmid: 39547210
[2]	Su J.; Song Y.; Zhu Z.; Huang X.; Fan J.; Qiao J.; Mao F. Signal Transduct. Target. Ther. 2024, 9, 196.
[3]	Philips R. L.; Wang Y.; Cheon H.; Kanno Y.; Gadina M.; Sartorelli V.; Horvath C. M.; Darnell J. E.; Stark G. R.; O’Shea J. J. Cell 2022, 185, 3857.
[4]	Qiu H.; Wu X.; Ma X.; Li S.; Cai Q.; Ganzella M.; Ge L.; Zhang H.; Zhang M. Cell 2024, 187, 2175.
[5]	Cheng Y.; Li L.; Wei X.; Xu F.; Huang X.; Qi F.; Zhang Y.; Li X. Cancer Sci. 2023, 114, 1830.
[6]	Ding K.; Zhang Z.; Han Z.; Shi L.; Li X.; Liu Y.; Li Z.; Zhao C.; Cui Y.; Zhou L.; Xu B.; Zhou W.; Zhao Y.; Wang Z.; Huang H.; Xie L.; Chen X.; Chen Z. Science 2025, 387, eadp4120.
[7]	Huttlin E. L.; Bruckner R. J.; Paulo J. A.; Cannon J. R.; Ting L.; Baltier K.; Colby G.; Gebreab F.; Gygi M. P.; Parzen H.; Szpyt J.; Tam S.; Zarraga G.; Pontano-Vaites L.; Swarup S.; White A. E.; Schweppe D. K.; Rad R.; Erickson B. K.; Obar R. A.; Guruharsha K. G.; Li K.; Artavanis-Tsakonas S.; Gygi S. P.; Harper J. W. Nature 2017, 545, 505.
[8]	Luck K.; Kim D.-K.; Lambourne L.; Spirohn K.; Begg B. E.; Bian W.; Brignall R.; Cafarelli T.; Campos-Laborie F. J.; Charloteaux B.; Choi D.; Coté A. G.; Daley M.; Deimling S.; Desbuleux A.; Dricot A.; Gebbia M.; Hardy M. F.; Kishore N.; Knapp J. J.; Kovács I. A.; Lemmens I.; Mee M. W.; Mellor J. C.; Pollis C.; Pons C.; Richardson A. D.; Schlabach S.; Teeking B.; Yadav A.; Babor M.; Balcha D.; Basha O.; Bowman-Colin C.; Chin S.-F.; Choi S. G.; Colabella C.; Coppin G.; D’Amata C.; De Ridder D.; De Rouck S.; Duran-Frigola M.; Ennajdaoui H.; Goebels F.; Goehring L.; Gopal A.; Haddad G.; Hatchi E.; Helmy M.; Jacob Y.; Kassa Y.; Landini S.; Li R.; Van Lieshout N.; MacWilliams A.; Markey D.; Paulson J. N.; Rangarajan S.; Rasla J.; Rayhan A.; Rolland T.; San-Miguel A.; Shen Y.; Sheykhkarimli D.; Sheynkman G. M.; Simonovsky E.; Taşan M.; Tejeda A.; Tropepe V.; Twizere J.-C.; Wang Y.; Weatheritt R. J.; Weile J.; Xia Y.; Yang X.; Yeger-Lotem E.; Zhong Q.; Aloy P.; Bader G. D.; De Las Rivas J.; Gaudet S.; Hao T.; Rak J.; Tavernier J.; Hill D. E.; Vidal M.; Roth F. P.; Calderwood M. A. Nature 2020, 580, 402.
[9]	Irish J. M.; Kotecha N.; Nolan G. P. Nat. Rev. Cancer 2006, 6, 146.
[10]	Burckhardt C. J.; Minna J. D.; Danuser G. STAR Protoc. 2021, 2, 100644.
[11]	Stelzl U.; Worm U.; Lalowski M.; Haenig C.; Brembeck F. H.; Goehler H.; Stroedicke M.; Zenkner M.; Schoenherr A.; Koeppen S.; Timm J.; Mintzlaff S.; Abraham C.; Bock N.; Kietzmann S.; Goedde A.; Toksöz E.; Droege A.; Krobitsch S.; Korn B.; Birchmeier W.; Lehrach H.; Wanker E. E. Cell 2005, 122, 957.
[12]	Maurel D.; Comps-Agrar L.; Brock C.; Rives M.-L.; Bourrier E.; Ayoub M. A.; Bazin H.; Tinel N.; Durroux T.; Prézeau L.; Trinquet E.; Pin J.-P. Nat. Methods 2008, 5, 561.
[13]	Kobayashi H.; Picard L.-P.; Schönegge A.-M.; Bouvier M. Nat. Protoc. 2019, 14, 1084. doi: 10.1038/s41596-019-0129-7 pmid: 30911173
[14]	Cabantous S.; Waldo G. S. Nat. Methods 2006, 3, 845.
[15]	Guo T.; Steen J. A.; Mann M. Nature 2025, 638, 901.
[16]	Chen Y.; Zhou W.; Li X.; Yang K.; Liang Z.; Zhang L.; Zhang Y. Acta Chim. Sinica 2022, 80, 817 (in Chinese).
	(陈玉宛, 周雯, 李欣蔚, 杨开广, 梁振, 张丽华, 张玉奎, 化学学报, 2022, 80, 817.) doi: 10.6023/A22010055
[17]	Rodriguez E. L.; Poddar S.; Iftekhar S.; Suh K.; Woolfork A. G.; Ovbude S.; Pekarek A.; Walters M.; Lott S.; Hage D. S. J. Chromatogr. B 2020, 1157, 122332.
[18]	Teng B.; Zhao C.; Liu X.; He Z. Briefings Bioinf. 2015, 16, 658.
[19]	Havugimana P. C.; Hart G. T.; Nepusz T.; Yang H.; Turinsky A. L.; Li Z.; Wang P. I.; Boutz D. R.; Fong V.; Phanse S.; Babu M.; Craig S. A.; Hu P.; Wan C.; Vlasblom J.; Dar V.-N.; Bezginov A.; Clark G. W.; Wu G. C.; Wodak S. J.; Tillier E. R. M.; Paccanaro A.; Marcotte E. M.; Emili A. Cell 2012, 150, 1068. doi: 10.1016/j.cell.2012.08.011 pmid: 22939629
[20]	Kristensen A. R.; Gsponer J.; Foster L. J. Nat. Methods 2012, 9, 907. doi: 10.1038/nmeth.2131 pmid: 22863883
[21]	Gentzel M.; Pardo M.; Subramaniam S.; Stewart A. F.; Choudhary J. S. Methods 2019, 164-165, 67.
[22]	Zhang C.; Wu R.; Sun F.; Lin Y.; Liang Y.; Teng J.; Liu N.; Ouyang Q.; Qian L.; Yan H. Nature 2024, 634, 824.
[23]	Ma Q.; Zhang M.; Zhang C.; Teng X.; Yang L.; Tian Y.; Wang J.; Han D.; Tan W. Sci. Adv. 2022, 8, eade0453.
[24]	Yang L.; Zhao Y.; Xu X.; Xu K.; Zhang M.; Huang K.; Kang H.; Lin H.; Yang Y.; Han D. Angew. Chem., Int. Ed. 2020, 59, 17697.
[25]	Dugal-Tessier J.; Thirumalairajan S.; Jain N. J. Clin. Med. 2021, 10, 838.
[26]	Bezerra A. B.; Kurian A. S. N.; Easley C. J. Anal. Chem. 2021, 93, 198.
[27]	Zhang H.; Li F.; Dever B.; Wang C.; Li X.; Le X. C. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 10698.
[28]	Ali M. M.; Li F.; Zhang Z.; Zhang K.; Kang D.-K.; Ankrum J. A.; Le X. C.; Zhao W. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 3324.
[29]	Söderberg O.; Gullberg M.; Jarvius M.; Ridderstråle K.; Leuchowius K.-J.; Jarvius J.; Wester K.; Hydbring P.; Bahram F.; Larsson L.-G.; Landegren U. Nat. Methods 2006, 3, 995. doi: 10.1038/nmeth947 pmid: 17072308
[30]	Clausson C.-M.; Allalou A.; Weibrecht I.; Mahmoudi S.; Farnebo M.; Landegren U.; Wählby C.; Söderberg O. Nat. Methods 2011, 8, 892.
[31]	Raykova D.; Kermpatsou D.; Malmqvist T.; Harrison P. J.; Sander M. R.; Stiller C.; Heldin J.; Leino M.; Ricardo S.; Klemm A.; David L.; Spjuth O.; Vemuri K.; Dimberg A.; Sundqvist A.; Norlin M.; Klaesson A.; Kampf C.; Söderberg O. Nat. Commun. 2022, 13, 4755.
[32]	Qiu Y.; Liu Y.; Zheng W.; Chen J.; Yang Y.; He X.; Lin C.; Ke R. Anal. Chem. 2024, 96, 19863.
[33]	Cai S.; Hu T.; Venkataraman A.; Rivera Moctezuma F. G.; Ozturk E.; Zhang N.; Wang M.; Zvidzai T.; Das S.; Pillai A.; Schneider F.; Ramalingam S. S.; Oh Y.-T.; Sun S.-Y.; Coskun A. F. Nat. Biomed. Eng. 2024, 9, 1039.
[34]	Dirks R. M.; Pierce N. A. Proc. Natl. Acad. Sci. 2004, 101, 15275.
[35]	Koos B.; Cane G.; Grannas K.; Löf L.; Arngården L.; Heldin J.; Clausson C.-M.; Klaesson A.; Hirvonen M. K.; De Oliveira F. M. S.; Talibov V. O.; Pham N. T.; Auer M.; Danielson U. H.; Haybaeck J.; Kamali-Moghaddam M.; Söderberg O. Nat. Commun. 2015, 6, 7294.
[36]	Schulte S. J.; Shin B.; Rothenberg E. V.; Pierce N. A. ACS Chem. Biol. 2024, 19, 280. doi: 10.1021/acschembio.3c00431 pmid: 38232374
[37]	Wang L.; Li W.; Sun J.; Zhang S.-Y.; Yang S.; Li J.; Li J.; Yang H.-H. Anal. Chem. 2018, 90, 14433.
[38]	Hu P.; Dong Y.; Yao C.; Yang D. Chem. Asian J. 2022, 17, e202200310.
[39]	Zheng S.; Sieder M.; Mitterer M.; Reth M.; Cavallari M.; Yang J. PLOS Biol. 2019, 17, e3000569.
[40]	Forootan A.; Sjöback R.; Björkman J.; Sjögreen B.; Linz L.; Kubista M. Biomol. Detect. Quantif. 2017, 12, 1.
[41]	Liu Y.; Sundah N. R.; Ho N. R. Y.; Shen W. X.; Xu Y.; Natalia A.; Yu Z.; Seet J. E.; Chan C. W.; Loh T. P.; Lim B. Y.; Shao H. Nat. Biomed. Eng. 2024, 8, 909.
[42]	Hu J.; Yu Y.; Brooks J. C.; Godwin L. A.; Somasundaram S.; Torabinejad F.; Kim J.; Shannon C.; Easley C. J. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 8467.
[43]	Berndt-Paetz M.; Herbst L.; Weimann A.; Gonsior A.; Stolzenburg J.-U.; Neuhaus J. Acta Histochem. 2018, 120, 329. doi: S0065-1281(17)30376-8 pmid: 29551457
[44]	Avin A.; Levy M.; Porat Z.; Abramson J. Nat. Commun. 2017, 8, 1524.
[45]	Ambrosetti E.; Bernardinelli G.; Hoffecker I.; Hartmanis L.; Kiriako G.; De Marco A.; Sandberg R.; Högberg B.; Teixeira A. I. Nat. Nanotechnol. 2021, 16, 85. doi: 10.1038/s41565-020-00785-0 pmid: 33139936
[46]	Vistain L.; Van Phan H.; Keisham B.; Jordi C.; Chen M.; Reddy S. T.; Tay S. Nat. Methods 2022, 19, 1578. doi: 10.1038/s41592-022-01684-z pmid: 36456784
[47]	Varnaitė R.; MacNeill S. A. Proteomics 2016, 16, 2503. doi: 10.1002/pmic.201600123 pmid: 27329485
[48]	Cao L.; Coventry B.; Goreshnik I.; Huang B.; Sheffler W.; Park J. S.; Jude K. M.; Marković I.; Kadam R. U.; Verschueren K. H. G.; Verstraete K.; Walsh S. T. R.; Bennett N.; Phal A.; Yang A.; Kozodoy L.; DeWitt M.; Picton L.; Miller L.; Strauch E.-M.; DeBouver N. D.; Pires A.; Bera A. K.; Halabiya S.; Hammerson B.; Yang W.; Bernard S.; Stewart L.; Wilson I. A.; Ruohola-Baker H.; Schlessinger J.; Lee S.; Savvides S. N.; Garcia K. C.; Baker D. Nature 2022, 605, 551.
[49]	Xia Z.; Jin Q.; Long Z.; He Y.; Liu F.; Sun C.; Liao J.; Wang C.; Wang C.; Zheng J.; Zhao W.; Zhang T.; Rich J. N.; Zhang Y.; Cao L.; Xie Q. Nat. Biomed. Eng. 2024, 8, 1634. doi: 10.1038/s41551-024-01258-8 pmid: 39420062
[50]	Yang J.; Li Y.; Wang G.; Chen Z.; Wu D. IEEE/ACM Trans. Comput. Biol. Bioinform. 2024, 21, 2518.
[51]	Hu L.; Ji Y.-Y.; Zhu P.; Lu R.-Q. Anal. Chim. Acta 2024, 1318, 342929.
[52]	Liu C.; Tian F.; Deng J.; Sun J. Acta Chim. Sinica 2022, 80, 679 (in Chinese).
	(刘超, 田飞, 邓瑾琦, 孙佳姝, 化学学报, 2022, 80, 679.) doi: 10.6023/A21120610
[53]	Li M.; Ying Y.; Long Y.-T. Acta Chim. Sinica 2019, 77, 984 (in Chinese).
	(李孟寅, 应佚伦, 龙亿涛, 化学学报, 2019, 77, 984.) doi: 10.6023/A19060202
[54]	MacKenzie M.; Argyropoulos C. Micromachines 2023, 14, 459.

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

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

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[1]	Yuwan Chen, Wen Zhou, Xinwei Li, Kaiguang Yang, Zhen Liang, Lihua Zhang, Yukui Zhang. Research Progress of Protein-Protein Interaction Based on Liquid Chromatography Mass Spectrometry^※ [J]. Acta Chimica Sinica, 2022, 80(6): 817-826.
[2]	Zhang Jiayu, Zhou Xiaoyu, Zhou Man, Jia Hongxia. Detection of Telomerase Activity Based on Signal Amplification of Hybridization Chain Reaction Combining with Magnetic Separation [J]. Acta Chim. Sinica, 2016, 74(6): 513-517.

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