《太赫茲光譜檢測人染色體端粒DNA空間構象關鍵技術研究》是依託上海交通大學，由李小衛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：太赫茲光譜檢測人染色體端粒DNA空間構象關鍵技術研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李小衛
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
太赫茲（THz）技術的發展使其在生物領域的套用成為可能。本項目將套用THz技術研究人染色體端粒DNA構象變化及其低頻動力學過程。端粒DNA與細胞的分裂、衰老和死亡密切相關。人端粒DNA是由富含G和C的鹼基序列組成的線性染色體特殊末端，可以形成單鏈、雙鏈、特殊的G-quadruplex和i-motif四鏈體二級結構。G-四鏈體可以抑制腫瘤細胞的分裂而成為抗癌藥物的重要靶點。精確檢測端粒DNA結構和準確掌握不同結構間轉換的動力學過程是研究端粒DNA的兩個關鍵問題。THz光譜是同時解決這兩個問題的有效技術手段。我們將套用THz-TDS技術測量兩種與人端粒DNA有相同重複鹼基的DNA分子不同構象的THz光譜；發展基於分子動力學的理論模型，建立DNA構象與光譜特徵的對應關係，解析光譜所對應的DNA低頻振動模，獲得DNA在不同構象間轉換的動力學信息。本項目建立的技術平台可以拓展到其它生物分子的研究中。
結題摘要
太赫茲（THz）技術的迅速發展使其在生物領域的套用成為可能。本項目套用太赫茲時域光譜技術（THz-TDS）研究人染色體端粒DNA構象變化及其低頻動力學過程。主要的目標是通過本項目建立太赫茲光譜技術檢測液態生物樣品構象變化和研究動力學過程的基礎。本項目結題，所取得的重要的研究成果包括：(1) 利用THz-TDS技術測量和分析了水在THz波段的介電特性，並利用德拜弛豫理論對其介電常數進行擬合，得到對應於氫鍵斷裂和形成及氫鍵網路重排的兩個弛豫時間，分別是89 fs和10.55 ps。這些工作為研究液態生物樣品（DNA，蛋白等）在太赫茲頻段的介電特性奠定了基礎。(2) 對不同濃度鮭魚精DNA水溶液進行了測試，並討論分析了DNA分子與水分子之間的相互作用，以及對於水分子兩個弛豫模式的影響。結果表明，隨著DNA濃度的增大，兩個弛豫模式的強度及其對應的時間都有所改變。(3)針對長時間模擬結果不收斂的問題，提出一種新統計方法。該方法利用多段短軌跡分別計算生物分子太赫茲吸收譜，將各段軌跡得到的吸收譜中峰值位置作直方分布統計，彌補了單軌跡構象遍歷不足的缺陷。同時我們討論了不同的統計參數對於結果的影響，證明了這種統計方法的可靠性，可以將此方法套用到其它生物分子的吸收譜計算中。(4) 基於本項目提出的生物分子太赫茲光譜預算方法，計算了大腸桿菌硫氧還原蛋白質(thioredoxin protein)在0.3-0.75THz這個波段內的特徵吸收譜。模擬結果與實驗結果取得了很好的一致，充分說明了該方法在生物分子特徵吸收譜預測方面的套用價值。（5）研究了嘧啶類鹼基及其修飾物在THz波段的光譜回響，以探索THz光譜與物質組成和結構之間的關係。研究獲得了胞嘧啶及異胞嘧啶在0.2-2.0 THz範圍內吸收係數、折射率及介電常數等光學參數和光譜特徵。實驗結果表明：THz光譜對於物質結構的微小差異和變化高度敏感，能夠區分不同結構和組成的鹼基化合物。這對THz技術用於DNA無標記檢測和核苷類抗腫瘤藥物的檢測具有重要的意義。
