原癌基因c-myc G-四链体配体甲基蓝衍生物的设计、合成及其活性研究

采用计算机辅助药物设计方法,将以甲基蓝为先导化合物设计的配体分子与端粒DNA、原癌基因cmyc、c-kit2等形成的G-四链体三维结构进行分子对接模拟,发现目标化合物选择性靶向c-myc G-四链体,其对接分值为7.74。以吩噻嗪为起始原料合成出目标化合物,其结构经~1H-NMR、~(13)C-NMR和HRMS等确证。采用圆二色光谱实验测试了化合物与端粒、原癌基因c-myc和c-kit2等DNA的相互作用,结果表明目标化合物选择性诱导c-myc DNA形成G-四链体。     

钌配合物与G-四链体DNA的相互作用研究进展

人体端粒由富含鸟嘌呤(G)的DNA重复序列组成,该序列在一定条件下可以形成G-四链体DNA结构。小分子化合物诱导该结构的形成并使之稳定,可以抑制端粒酶活性而达到抗肿瘤的目的。因此,G-四链体DNA稳定剂的设计和筛选是近年来生物无机化学的重要前沿研究领域之一。在金属配合物中,钌配合物由于具有丰富的光化学、光物理特性以及生物活性,其作为G-四链体DNA稳定剂引起人们的高度关注。本文以近年一些代表性的研究工作为例,对钌配合物与G-四链体DNA相互作用方面的研究进展进行了综述。     

G-四链体DNA稳定剂的研究进展

人体端粒由富含鸟嘌呤(G)的DNA重复序列组成,该序列在一定的条件下可以形成G-四链体DNA的结构.小分子化合物诱导该结构的形成并使之稳定,不但可以抑制端粒酶的活性或降低癌基因的转录表达而达到抗肿瘤的目的,还可以作为G-四链体DNA的探针,辅助G-四链体DNA生物功能的研究及与之相关疾病的诊断.因此,G-四链体DNA稳定剂的设计是近年来化学生物学的重要前沿领域之一.到目前为止,G-四链体DNA稳定剂主要可分为有机小分子化合物和金属配合物.本文重点综述这两方面特别是后者的最新研究进展.     

用结晶紫为荧光指示剂筛选G-四链体的小分子配体

基于结晶紫(CV)与G-四链体的特异性结合以及结晶紫和端粒DNA(G-DNA)、G-四链体作用后荧光强度的差异,以天然抗肿瘤中药槲皮素为研究对象,建立了一种简单、快速、无标记筛选G-四链体配体的方法。研究了槲皮素与G-DNA的相互作用,并考察了G-DNA在K+存在下形成G-四链体后与槲皮素的作用情况。该方法已用于筛选G-四链体的小分子配体。     

高选择性端粒G-四链体稳定性配体:9-O-多胺取代小檗碱衍生物的合成及活性评价

设计合成了3个多胺取代的小檗碱衍生物5a~5c, 并利用圆二色(CD)光谱、 荧光共振能量转移(FRET)熔点实验、 荧光光谱和聚合酶链反应(PCR)终止实验等手段研究了小檗碱衍生物5a~5c与端粒DNA的相互作用. 结果表明, 小檗碱衍生物5a~5c可以诱导端粒DNA序列形成反平行结构G-四链体, 显著地提高了端粒G-四链体的稳定性, 有效地抑制了端粒的扩增; 而与双链DNA的相互作用则很小, 是高选择性的端粒G-四链体配体.     

吲哚并喹啉衍生物与G-四链体相互作用的分子模拟研究

G-四链体是富含鸟嘌呤碱基的DNA序列通过氢键相互作用形成的四链螺旋结构. 通过小分子化合物诱导与稳定端粒G-四链体从而抑制端粒酶活性是一种新的抗癌策略. 为了研究一系列吲哚并喹啉衍生物与端粒G-四链体的相互作用, 探究其相互作用模式, 从而为实现基于G-四链体结构的药物合理设计提供依据, 使用分子对接的方法构建了吲哚并喹啉衍生物与G-四链体复合物结构, 在此基础上进行分子动力学模拟, 并使用线性相互作用能(LIE)方法计算了化合物与G-四链体的结合自由能. 结果表明: 化合物与G-四链体的主要相互作用方式由氢键、静电与π-π堆积作用构成, 侧链末端基团类型和侧链的长短是影响相互作用强弱的重要因素. 通过LIE方法计算的结合自由能与实验结果基本吻合, 相关度达到r²＝0.79. 并且, 基于预测的结合模式, 总结了拥有更高活性的新型吲哚并喹啉衍生物应具有的几个结构特征.     

靶向G-四链体的小分子配体在癌症治疗中应用的研究进展

G-四链体是一类由Hoogsteen氢键维持稳定的,富含鸟嘌呤的DNA或RNA二级结构。人类基因组中存在大量潜在的形成G-四链体的序列,所形成的G-四链体结构能够调控基因组的稳定性、DNA复制和基因表达,其中包括很多与癌症相关基因。因此寻找能够诱导DNA的G富集区域形成G-四链体结构的配体,进而筛选潜在抗癌药物的先导化合物,已成为癌症治疗研究的热点之一。本文对近年来发现和设计的以G-四链体为靶点的小分子配体,按照靶向的G-四链体结构类型和配体的分子结构进行分类,综述了这类化合物在癌症治疗方面的研究进展,分析了相关靶向治疗存在的问题,并对未来的研究方向进行了展望。     

双氢杨梅素与G-四链体的相互作用研究

双氢杨梅素(DMY)是从药用植物——广西藤茶中提取出来的一种含量极高的二氢黄酮醇类化合物, 具有抗肿瘤、抗氧化、调节血糖等作用, 但其抗肿瘤机理尚不清楚. 本文利用T_m值和CD光谱对G-四链体进行了表征, 利用电子吸收光谱和竞争性结合实验研究了DMY与G-四链体的相互作用. 结果显示DMY是通过外部堆积结合到G-四链体, 并通过稳定G-四链体结构而抑制端粒酶活性, 起到抗肿瘤的作用.     

以G-四链体为靶点的小分子端粒酶抑制剂研究进展

富含鸟嘌呤碱基的DNA序列能够通过鸟嘌呤环的互联作用形成四链螺旋结构,这种结构被称为G-四链体。G-四链体由于能够抑制端粒酶的活性而成为抗肿瘤药物的新靶点,能促使G-四链体形成或稳定该结构的物质则可能对癌症有潜在的治疗意义。本文对以G-四链体为靶点的小分子端粒酶抑制剂的研究进行了综述。     

原癌基因c-myc启动区G-四链体结构及靶向小分子配体*

随着DNA G-四链体结构的发现和现代分子生物学技术对其与癌症关系的揭示,DNA G-四链体逐渐成为抗肿瘤药物研究的新靶点。c-myc启动区 G-四链体由于在细胞生长、增殖、凋亡、衰老及肿瘤形成等过程中的重要作用,成为DNA G-四链体中最受关注的序列之一。本文旨在对c-myc启动区 G-四链体的结构及靶向c-myc G-四链体的小分子配体的研究进展进行综述。首先,介绍c-myc G-四链体的生物学意义;其次,对几种常用的c-myc G-四链体的结构进行解析;最后,对以c-myc为靶点的小分子配体的研究进展及其与G-四链体的作用模式进行综述,并对目前以c-myc G-四链体为靶点、已经走向临床实验的CX-3543的开发与作用机制进行介绍。     

异核苷G-四链DNA结构与活性的研究

富含鸟嘌呤的核酸序列能形成各种G-四链结构,G-四链结构具有重要的生物功能,在许多细胞内的事件如端粒DNA的保护和延长、复制、重组和转录等事件中有重要作用.一些以G-四链结构为靶点的小分子可抑制端粒酶的活性,使G-四链结构成为抗肿瘤药物设计的重要靶点.同时,某些特定序列的G-四链DNA具有抗肿瘤抗病毒等活性,如其中一个G-四链DNA T30923已经进入抗HIV-1 Ⅱ期临床研究.T30923的改进体T40214,即15聚体5′-(GGGC)4-3′,形成了一个对称而紧凑的分子内G-四链(图1),它的loop区因同时结合了两个K+而大大的增加了结构的稳定性[1].这种分子内的G-四链结构是体外抑制HIV整合酶以及抑制被感染细胞中HIV-1病毒的复制所必需的[2].为了增加T40214在体内的化学及酶稳定性,我们将异核苷分别掺入15聚体中[3],通过CD光谱、电泳等方法研究掺入异核苷的G-四链在结构和活性上的变化.     

Loop长度对G-四链体DNA识别和结合肿瘤细胞的能力的影响

G-四链体是由富含鸟嘌呤(G)的核酸通过π-π堆积形成的核酸二级结构.前期研究发现,G-四链体DNA对肿瘤细胞具有普遍识别和结合能力,且具有如抗肿瘤增殖等生物学活性,但G-四链体DNA的结构对其识别和结合肿瘤细胞的能力的影响还未见报道.本文采用圆二色光谱和凝胶电泳对不同连接环(loop)长度G-四链体DNA的结构和稳定...     

DNA G-四链体识别探针研究进展

G-四链体是一种由富含鸟嘌呤核酸序列形成的独特的二级结构,广泛分布于真核生物基因组,如端粒DNA、r DNA和一系列基因中的启动子区域。G-四链体结构对很多重要的生理过程如基因的转录、复制、重组以及保持染色体的稳定性方面具有重要作用。G-四链体的特异、高灵敏检测将为进一步了解G-四链体结构在人类细胞基因组中的分布、功能和机制奠定基础,也可能为靶向G-四链体的肿瘤治疗方法提供新的思路。因而过去几十年人们一直致力于开发设计具有高选择性和高灵敏度的G-四链体识别探针,这些探针已经广泛应用于溶液中G-四链体的识别,而且具有良好的选择性。目前也有少数探针能够直接用于检测活体G-四链体结构。本文综述了一些常见的靶向G-四链体的小分子配体,以及它们在染色体和活体细胞G-四链体检测中的应用。笔者希冀本文能为设计识别G-四链体的高性能探针,进一步实现活细胞内G-四链体的检测提供借鉴。     

基于寡核苷酸链的汞离子荧光生物传感器

基于G-四链体结构和卟啉类化合物N-甲基卟啉二丙酸IX(NMM)结合产生强烈的荧光,利用T-Hg(Ⅱ)-T错配对汞离子(Hg2+)的特异性识别,建立了一种简单、灵敏、高效的Hg2+检测新方法.在富含鸟嘌呤(G)寡核苷酸链中,引入了大量胸腺嘧啶(T).在没有Hg2+存在时,可以自发形成G-四链体结构,与NMM结合产生强烈的荧光;在Hg2+存在时,可与另一条富含T序列的互补链通过T-Hg(Ⅱ)-T特异性结合,形成双链DNA分子,从而导致G-四链体结构不能产生.优化后最佳实验条件为:缓冲溶液的pH=6.7,20 mmol/LKCl,2.5 μmol/L NMM,反应时间为2h.在优化条件下,体系的荧光强度变化值与Hg2+浓度呈现良好的线性关系,线性范围为50～ 1000 nmol/L,检出限为22.8 nmol/L(30).此生物荧光传感器对Hg2+具有良好的选择性.实际水样中Hg2+的加标回收率为106.1％ ～ 107.8％,可以满足实际水样品中Hg2+的检测要求.     

类黄酮化合物对G-四链体及双链DNA选择性的电喷雾质谱研究

利用电喷雾质谱(ESI-MS)研究了4种常见的类黄酮化合物芦丁、 槲皮素、 葛根素和柚皮苷与2种不同形态结构的G-四链体DNA和3种双链DNA的非共价相互作用, 比较了这些小分子化合物与不同形态结构DNA结合的强弱及形成复合物的化学计量. 结果表明, 芦丁和槲皮素对G-四链体DNA具有一定的选择性, 同时它们对双链DNA的选择性也较高; 而葛根素和柚皮苷对G-四链体DNA仅显示了较低的选择性.     

三联吡啶-萘酰亚胺二元化合物的合成及其与DNA的相互作用

本文合成了两种三联吡啶修饰的萘酰亚胺化合物NPI1和NPI2,并利用紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、圆二色光谱(CD)、荧光共振能量转移(FRET)等方法研究了它们与双链CT DNA和Htelo G-四链体DNA的相互作用。实验结果表明,化合物NPI1和NPI2对G-四链体DNA具有很好的结合能力和选择性,溶液中的碱金属离子种类和萘酰亚胺基团上的取代基对NPI1和NPI2与DNA的作用有很大的影响。在含K+的缓冲液中,NPI2与G-四链体的结合常数达到1.06×108 L/mol,是与双链CT DNA结合常数的268倍。圆二色谱结果表明在不含碱金属离子的溶液中,NPI1和NPI2可诱导Htelo DNA形成反平行结构G-四链体。Autodock分子对接模拟表明NPI1和NPI2可以通过堆积作用、静电作用、氢键等作用方式与G-四链体结合,使得它们对G-四链体具有很高亲和性(Ka>107 L/mol)。     

电喷雾质谱法研究天然产物小分子识别人类端粒G-四链体及复合物的热稳定性

利用电喷雾质谱(ESI-MS)研究了12种天然产物小分子与人类端粒G-四链体结构的非共价相互作用和识别功能, 比较了不同小分子与人类端粒G-四链体的结合强弱, 发现了一种新的识别小分子——防己诺林碱对人类端粒G-四链体有很好的结合. 通过质谱升温实验比较了小分子结合对G-四链体热稳定性的影响, 防己诺林碱的结合使G-四链体的离子的解离温度(T1/2)上升到200 ℃. 利用分子模拟对G-四链体DNA与小分子结合的模式以及稳定性进行了探讨, 给出了防己诺林碱可能的结合位点和结合模式, Autodock计算出来的结合能约为-31.5 kJ·mol-1. 同原来的平面型分子不同, 防己诺林碱是一类新型结构的分子, 为设计合成新型G-四链体识别分子提供了新的结构模型.     

溶液pH和阳离子对端粒G-四链体DNA形成和结构的影响

采用电喷雾质谱和圆二色谱研究了溶液pH和阳离子对人类端粒G-四链体DNA的影响. ESI-MS和CD谱图表明, pH可以引起G-四链体DNA的构象转变和离解, 而K^＋, NH₄^＋,阳离子对G-四链体DNA的形成有着重要的促进作用.     

咪唑修饰萘酰亚胺与DNA的作用及其细胞毒性

设计合成了咪唑及其烷基化咪唑阳离子基团修饰的萘酰亚胺衍生物。利用紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、圆二色谱和荧光共振能量转移等方法研究了它们与小牛胸腺DNA(CT DNA)和G-四链体DNA的相互作用。这些化合物对端粒DNA序列的G-四链体有很高的结合能力(K_α4×10~6 L·mol~(-1)),并能够稳定G-四链体。DNA粘度实验结果表明萘酰亚胺衍生物与CT DNA通过插入作用结合。Autodock分子对接模拟结果表明这些化合物通过疏水作用、静电作用或氢键等方式与人体端粒G-四链体的loop和沟槽部分结合。咪唑阳离子基团修饰的萘酰亚胺衍生物4a–c能够定位于细胞核,对肺癌细胞的细胞毒性要高于咪唑基团修饰的萘酰亚胺衍生物3。化合物4a和4b对肺癌细胞A549的细胞毒性明显高于正常人胚肺成纤维细胞MRC-5,表现出良好的抗癌活性。     

利用对G-四链体环部的构型调节进行传感器的设计

对鸟嘌呤碱基G重复序列之间连接环结构对G-四链体形成的影响进行了研究。发现在连接环较长,DNA链不易形成G-四链体的情况下,可以通过将环序列设计成双链结构的方式促进G-四链体的重新形成。这就为传感器的设计提供了一个新途径,即可以利用目标分子对环部双链的调节作用控制G-四链体DNA酶的活性。为证明这一点,在双链区域引入T-T碱基错配,破坏双链结构使DNA链不能形成G-四链体。Hg2+对T-T错配的稳定作用可以促进双链结构的形成,DNA链重新折叠成G-四链体,得到的G-四链体与氯化血红素(Hemin)结合后形成具有过氧化物酶活性的G-四链体DNA酶,据此构建了Hg2+传感器。利用此传感器可在10~700 nmol/L范围内实现Hg2+的定量检测,检出限为8.7 nmol/L。在此基础上,利用半胱氨酸可以将Hg2+从T-Hg2+-T碱基对上竞争下来的能力,设计了一种半胱氨酸的检测方法。此方法可以在20~600 nmol/L范围内实现半胱氨酸的定量检测,检出限为14 nmol/L。