DNA损伤机理研究进展

生物体各组织的DNA中储存着维持正常生命活性所必须的信息。电离辐射、紫外辐射等外源性因素和内源性自由基会引起DNA糖环或碱基的改变以及DNA链的断裂,导致DNA损伤,引发衰老、细胞死亡、癌症、神经退行性疾病等。本文主要从氢原子夺取、电子加成、碱基电离和氢原子加成4种重要的核酸损伤机理回顾了DNA的损伤过程,着重评述了自由基夺氢和电子加成诱导的DNA损伤过程,旨在对DNA的损伤过程有全面理解,以期为后期实验提供理论基础。     

磁性纳米氧化铁与小牛胸腺DNA相互作用研究

以微波辅助共沉淀法合成磁性纳米氧化铁(MNPs), 分别采用紫外-可见吸收光谱(UV-vis)、拉曼光谱(Raman)及琼脂糖凝胶电泳(GE)研究其与小牛胸腺DNA (ct DNA)的相互作用. UV-vis显示出明显的增色效应, 这是由DNA分子受MNPs的干扰碱基外露而引起的|Raman研究表明DNA分子碱基、脱氧核糖以及磷酸骨架均受到MNPs一定程度的干扰|而GE证实了MNPs并未使DNA分子发生断裂、双链解开等本质性变化. 该研究对MNPs在生物医学领域的安全应用具有重要意义.     

高能脉冲电子束对生物大分子的辐射损伤

为进一步探索高能脉冲电子束高效率诱变的分子机理,采用细胞计数、电泳分析、吖啶橙,溴化乙啶（AO／EB）荧光双染色等方法,详细研究了不同剂量高能脉冲电子束辐照对酵母细胞、细胞膜、DNA分子和酶蛋白活性的影响。结果表明：高能脉冲电子束对酵母细胞膜和酶蛋白的生理损伤小,但能诱发较大量的DNA分子双链断裂。实验测得在辐照半致死剂量134Gy时,高能脉冲电子束对细胞膜的损伤率仅为2.5％;对蛋白酶活性无明显损伤作用;溶液中pBR322质粒DNA的单链断裂常数G（SSB）值为3.68×10^-10Gy^-1·u^-1,双链断裂常数G（DSB）值为2.43×10^-10Gy^-1·u^-1,单位剂量致双链断裂数是谢线的5.7倍。高能脉冲电子束的这些分子损伤特点,使其在辐射诱变生物学领域具有广阔的应用前景。     

N1-甲基鸟嘌呤阳离子脱质子动力学的研究

在所有DNA碱基中, 鸟嘌呤碱基G具有最低的氧化电位, 导致其最容易被氧化. G碱基被单电子氧化成为G正离子自由基(G^+·), G^+·存在两个脱质子位点, 其中脱嘧啶环上亚氨基质子N¹-H比脱环外氨基质子N²-H更有利, 因而在普通G碱基中研究脱N²-H的过程无法排除脱N¹-H过程的干扰, 使得其脱N²-H的动力学迄今尚不明确. 在本文中, 通过将G碱基上的N¹-H用CH₃取代(即mG), 采用纳秒时间分辨瞬态紫外可见吸收光谱方法研究了mG碱基单电子氧化后脱质子N²-H的动力学. 根据瞬态紫外可见吸收光谱, 确定了mG^+·脱质子的产物是mG(N²-H)^·, 即脱质子的位点是N²-H. 进一步通过测量mG(N²-H)^·的生成速率常数与mG的浓度依赖关系, 得到室温下SO₄^-·单电子氧化mG生成 mG^+·的速率常数为(3.7±0.1)×10⁹ L·mol^-1·s^-1以及 mG^+·脱N²-H的速率常数为(7.1±0.2)×10⁶ s^-1. 并通过检测不同温度下mG^+·脱N²-H的速率常数, 利用阿仑尼乌斯方程得出脱质子N²-H的活化能为19.9±1.0 kJ·mol^-1. 这些结果可为DNA碱基的氧化损伤过程提供更为丰富的动力学信息.     

DNA脱碱基位点的检测与应用

脱碱基位点是一种常见的DNA损伤,源于N-糖苷键断裂而使碱基脱落。辐射、烷基化试剂和一些抗癌药物等可能会造成碱基脱落,因此脱碱基位点作为标志性损伤能够帮助疾病早期筛查、药物毒副作用评价、环境污染物毒性评价等。目前已有不同的检测方法用于脱碱基位点的定量、定性分析,包括32P后标记法、LC-MS、ELISA及化学探针检测法等。另一方面,由于脱碱基位点在双链DNA内形成疏水空腔,能够结合小分子,使得脱碱基位点作为结合位点被用于小分子检测、构建适配体传感器及SNP检测。本文简要概述目前为止对DNA脱碱基位点的化学探针检测法研究进展以及含有脱碱基位点DNA的应用研究进展,并展望其发展趋势。     

具有强烈杀伤肿瘤细胞活性的新抗肿瘤抗生素C1027分子作用机制

本研究表明,C1027是以细胞内染色质或染色体DNA为靶体,直接造成核小体连接区DNA损伤,损伤的方式包括DNA单链断裂、双链断裂及单链断裂合并互补链上相邻断裂口部位出现无碱基位点,C1027损伤细胞DNA的作用显著强于新制癌菌素,平阳霉素,阿霉素及丝裂霉素C,本文还从分子机制的水平讨论了C1027强烈细胞毒性。     

Ce离子水解断裂Oligomers DNA中磷酸二酯键

报道了用变性聚丙烯酰胺凝胶电泳-银染法和增强Raman光谱研究Ce离子水解断裂26个碱基的单链Oligomers DNA的实验结果.Ce³⁺离子需要有氧气存在的条件下,氧化生成Ce⁴⁺离子后才能切断Oligomers DNA.系统研究了各种条件下Ce⁴⁺离子对Oligomers DNA的切断反应,在酸性、碱性条件下都能水解切断Oligomers DNA,在近中性时切断作用最强.反应温度的升高、反应时间的延长以及Ce⁴⁺离子浓度的增大都有利于该切断反应.由增强Raman光谱的研究可推断Ce⁴⁺离子可以水解断裂Oligomers DNA中5′位和3′位的磷酸二酯键并提出了反应机理.     

手性配合物D,L-[Co(phen)2hpip]3+识别DNA序列及从构型上修复错配序列DNA的分子力学模拟

使用分子力学方法模拟了化合物[Co(phen)₂hpip]³⁺(phen=1,10 phenanthroline, hpip= 2-[2-hydroxyphenyl] imidazole [4,5-f][1,10]phenanthroline)对正常、错配序列DNA的识别作用及对错配DNA在构型上的修复作用. 模拟结果显示, 该配合物的两个手性异构体都从小沟方向特异性的识别正常DNA, 而从大沟方向特异性的识别剪式错配DNA与错配相邻的区域. 两个手性异构体都能将错配DNA的错配区域由剪式构型转变为平行构型, 其中右手异构体转变得更完美. 详细的分析发现, 在配合物插入碱基堆积过程中的空间位阻状况决定了识别作用的结果, 体现在以下两点: (1)辅助配体菲啰啉与DNA骨架及碱基的空间冲突情况; (2)骨架及碱基对在DNA为适应配合物的进入而发生扩张时的空间拥挤程度. 配合物对剪式错配构型的修复不但与空间相互作用有关, 还与配体hpip-碱基及碱基之间堆积的紧密程度有关.     

苝醌分子内质子传递过程的理论研究

用AM 1方法计算了醌 (PQ)及醌类光敏剂竹红菌甲素 (HA)分子内质子传递过程的势垒 .得到如下结果 :( 1 )PQ在基态、单重激发态、三重激发态的质子传递势垒分别为 89 75 ,5 5 40和 83 97kJ/mol;( 2 )PQ负离子在基态和激发态的质子传递势垒分别为 80 .1 2和 79.91kJ/mol;( 3)PQ正、负离子自由基的质子传递势垒分别为 6 5 94和 5 9 2 9kJ/mol;( 4)PQ发生分子内双质子传递的势垒为 1 72 1 3kJ/mol;( 5 )HA的质子传递势垒为 89.2 4和 88.0 7kJ/mol.由此得出以下结论 :( 1 )PQ在基态和激发态都存在分子内质子传递过程 ,但激发态的传递速率大大高于基态 ;( 2 )PQ发生双质子传递的可能性几乎没有 ;( 3)PQ负离子及正、负离子自由基仍存在分子内质子传递 ;( 4)HA的七元侧环并未显著影响它的质子传递势垒 .     

DNA甲基化-非甲基化碱基间堆积作用的理论研究

运用二级Mфller-Plesset(MP2)理论方法和cc-pVDZ基组优化了6-甲基鸟嘌呤(O6-MethylG),4-甲基胸腺嘧啶(O4-MethylT)以及5-甲基胞嘧啶(C5-MethylC)与DNA碱基鸟嘌呤(G),腺嘌呤(A),胞嘧啶(C),胸腺嘧啶(T)之间的堆积构型.在MP2/aug-cc-pVXZ//MP2/cc-pVDZ(X=D,T)水平上,采用完全基组外推方法校正了堆积碱基对间的相互作用能,并用完全均衡校正法(CP)校正了基组重叠误差(BSSE).MP2计算结果表明,DNA碱基甲基化使得嘧啶-嘧啶、嘧啶-嘌呤堆积碱基间的平行旋转角发生明显改变,并使堆积碱基间的相互作用能增大.在MP2/cc-pVDZ计算级别上得到了各堆积碱基对的全电子波函数,并用分子中的原子理论(AIM)分析了堆积碱基对间的弱相互作用.AIM分析结果显示,甲基化增强了堆积碱基间的π-π作用,且甲基氢与相邻碱基间形成H2CH…X(X=O,N,CH3,NH2)等类型的氢键.甲基化损伤使碱基间重叠程度增大、π-π作用增强以及堆积碱基间形成多个氢键,是堆积作用能增加的主要原因.     

氯乙基亚硝基脲烷化碱基导致DNA单链断裂的机理研究

采用密度泛函理论(DFT)和MΦller-Pleset微扰理论(MP)方法对氯乙基亚硝基脲(CENUs)烷化DNA碱基导致单链断裂的机理进行了研究. 对包括CENUs的分解、DNA碱基的烷化、糖苷键的水解、脱嘌呤位点的开环以及最终导致单链断裂的磷酸二酯的消除在内的多步反应过程进行了探讨. 在B3LYP/6-31++G**水平上对各驻点(反应物、中间体、过渡态和生成物)进行了全几何结构优化; 为了模拟细胞环境, 采用自洽场连续极化模型(CPCM)在相同计算水平上对各驻点进行了水相中的单点能计算或全几何结构优化. 分别在B3LYP/6-31++G**和MP2/6-311++G**水平上绘出反应势能曲线, 结果显示, 在整个反应过程中, 磷酸二酯的消除反应能垒最高, 而氯乙基重氮盐离子烷化DNA碱基的反应能垒最低. 理论分析结果表明, CENUs 一旦分解便很容易烷化DNA碱基, 随后生成的氯乙基化鸟嘌呤会迅速从DNA链上脱去, 尽管如此, 脱嘌呤位点最终导致DNA单链断裂的一系列反应则是一个缓慢的过程, 这与断链反应的动力学实验结果相符合.     

三齿多吡啶钴(Ⅲ)、钌(Ⅱ)配合物的合成、表征及与DNA的相互作用

合成了两种新型三齿多吡啶钴(Ⅲ) [Co(PhTPY)(H2Bzimpy)]3+(A)和钌(Ⅱ) [Ru(PhTPY)(Bzimpy)](B)混配配合物, 用元素分析和1H NMR等对其结构进行了表征, 测定了配合物B的晶体结构. 用电子吸收光谱和荧光光谱等方法研究了配合物与小牛胸腺DNA的相互作用以及配合物对pBR322DNA的断裂作用. 结果表明, 两种配合物均是通过静电作用与DNA结合的. 凝胶电泳实验结果表明, 配合物A经波长310 nm光辐射15 min, 配合物B经450 nm光辐射4 min, 可使超螺旋pBR322DNA断裂为开环缺口型和线型DNA.     

双锌配合物Zn2(DTPB)Cl4水解DNA

本工作用光谱表征、电泳分离及高效液相色谱(HPLC)等方法考察了双锌配合物Zn₂(DTPB)Cl₄(DTPB=1,1,4,7,7-五(2′-苯并咪唑-2-基甲基)三氮杂庚烷)与DNA的结合及其导致的DNA水解断裂作用。结果表明Zn₂(DTPB)Cl₄是DNA水解的有效促进剂,以超螺旋DNA作为水解底物,其消失的反应符合准一级速率定律,初步估算其速率常数为2.4×10^-5s^-1     

d(C4)相关序列形成四分子i-Motif结构的电喷雾质谱研究

设计了与富含胞嘧啶(C)的DNA序列d(C4)相关的DNA序列d(C4), d(TC4), d(AC4), d(T2C4), d(A2C4), d(C4T), d(C4A)和d(TC4T); 采用电喷雾质谱测定发现这些序列形成四分子非共价复合物离子, 根据离子的相对丰度可确定形成四链i-motif结构的数量和可能性; 同时考察了腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)在d(C4)序列的5'和3'端对其形成四分子i-motif结构的影响. 结果表明, 在d(C4)的5'端增加A碱基或T碱基更易形成四分子复合物; 5'端含T碱基比含A碱基更利于形成四分子复合物; 而在d(C4)序列中增加2个A碱基或T碱基比增加相应的单个碱基形成了更高丰度的四分子离子峰.     

DNA脱碱基位点的检测方法及其生物学研究进展

DNA中糖苷键断裂形成的脱碱基位点（脱嘌呤/嘧啶位点,AP位点）是常见的DNA损伤类型之一,由核苷酸自发水解产生,也是DNA碱基切除修复途径中的关键中间体。若修复不及时,可能会导致DNA复制阻滞和DNA链断裂,产生突变和细胞毒性,同时还会引起形成DNA交联或DNA－蛋白质交联的损伤,因此对于AP损伤的检测有助于理解细胞氧化应激损伤和基因毒性物质的毒性评价。目前检测AP位点的方法有14C或32P后标记法、酶联免疫吸附分析（ELISA）法和液相色谱－质谱（LC－MS）技术等。该文重点概述DNA中AP位点的检测方法和生物学研究进展,并展望了AP位点损伤相关研究的前景。     

反相高效液相法测定大鼠肝组织中DNA的碱基含量

 利用反相高效液相法 ,采用SupelcosilLC 18柱 (2 5 0mm× 4 6mmi d ,5 μm) ,以甲醇 0 0 5mol/LKH2 PO4缓冲液 (体积比为 2 0∶80 )为流动相 ,流速 0 8mL/min ,在 2 5 4nm波长处检测 ,对生活在高原 (海拔 2 3km)的习服大鼠肝组织中脱氧核糖核酸 (DNA)的碱基含量进行了检测 ,发现各碱基在DNA中所占的比例是相对稳定的 :腺嘌呤 (A) 2 8 8%、鸟嘌呤 (G) 2 3 3%、胞嘧啶 (C) 17 4 %、胸腺嘧啶 (T) 2 5 3% ,并利用内标法对DNA甲基化水平进行了测定。     

非经典三铂核药物与DNA作用的理论研究

利用分子力学、分子动力学和量子化学等计算方法研究了新型临床二期抗癌药物BBR3464([{trans-PtCl(NH3)2}2-μ-{trans-Pt(NH3)2(NH2(CH2)6NH2)2}]4+)与寡聚DNA片段复合物的几何构型及其电子结构. 结果表明, 利用分子力学和分子动力学确定的复合物结构与实验的基本吻合. BBR3464为+4价高电荷铂药, 与两端的铂相连的两个Cl配体间的距离是2.74 nm, 这使得药物与DNA交联速度快, 形成远程的1,4-链间交联. 计算结果表明, BBR3464与DNA识别能力强, 结合稳定. 所形成的复合物中既有Pt-N7间较强的配位键, 也存在许多氢键、弱氢键及静电作用. 复合物中结合位点及结合位点外的嘌呤碱基的构象发生了不同程度的改变. 复合物结构特征说明, DNA在键合药物后其构型并未发生定域的链弯曲, 而是离域的嘌呤碱基的构象转化, 其对DNA所造成离域性损伤与经典的药物不同. DNA是铂抗肿瘤药物的靶点, 多点键合和离域性损伤的结构特征与BBR3464的独特生物活性和临床表现相关.     

柔红霉素与DNA作用的序列特异性研究

采用紫外-可见光谱法和紫外-可见光谱电化学法研究了柔红霉素(DNR)与不同寡聚核苷酸之间的相互作用.结果表明,DNR优先作用于寡聚核苷酸的CpG位点,然后是ApG和ApC.因为DNR可与鸟嘌呤之间形成3个氢键.与双链寡聚核苷酸作用时,DNR最先插入的位点是(CpG)₂碱基对之间,其次是(TpG)(CpA)和(GpC)(ApC)碱基对之间.当DNR与存在未配对G碱基的DNA链作用时,因游离的DNR量增加使其电化学活性增加,导致DNA构象和构型的变化,使DNA生理功能受到损伤,DNA碱基增色效应显著上升.此法可用于G碱基未配对DNA链的检测.     

丁二酮肟双核铜配合物与DNA相互作用的电化学研究

用电化学方法研究了丁二酮肟双核铜配合物[Cu2(Hdmg)4]与DNA的相互作用. 考察了pH、温度、离子强度和配合物浓度等因素对配合物与DNA相互作用的影响, 初步探讨了配合物与DNA相互作用的机理. 实验结果表明, 配合物与DNA的碱基结合形成非电活性物质, 使溶液中游离配合物的浓度降低, 配合物的峰电流减小. 单链DNA(ssDNA)充分暴露的碱基使其与配合物的结合能力大于双链DNA(dsDNA). Cu2(Hdmg)4与ssDNA和dsDNA的结合比分别为2:1和1:1, 结合常数分别为3.56×109和2.75×105.     

钌(Ⅱ)多吡啶配合物光断裂DNA的实验研究

研究了一系列钌(Ⅱ)多吡啶配合物对pBR 322DNA的光断裂作用,并与光谱法和粘度法的研究结果进行了对比．实验结果表明,钌(Ⅱ)多吡啶配合物光断裂DNA的能力不仅与配合物与DNA相互作用的结合模式和结合强度有关,还与配合物自身的电子结构有关;钌(Ⅱ)多吡啶配合物对DNA的光断裂存在立体选择性;其断裂机理是激发态的配合物与溶液中的氧分子发生能量转移生成单线态氧活性氧化物种,将鸟嘌呤碱基氧化而导致DNA断裂．本研究对于遗传工程中的化学核酸酶以及以DNA为靶标的药物设计有重要的意义．