小分子與核酸的相互識別和調控作用

《小分子與核酸的相互識別和調控作用》是依託武漢大學，由周翔擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：小分子與核酸的相互識別和調控作用
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：周翔
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

本項目重點圍繞與核酸相互作用的活性小分子的設計與合成，將合成的小分子作為探針用於核酸的識別和調控。核酸以其複雜多變的高級結構行使著多種調控功能, 通過不同方法和技術識別及調節核酸的二級結構是化學生物學的核心內容。 這個領域已經取得很多激動人心的進展, 但是目前仍然存在很多困難。 小分子由於其好的可修飾性與可控性, 在利用小分子對核酸的相互作用及功能調控方面研究將顯現出了很好的優勢, 研究小分子與核酸之間的相互作用，可以為我們探知核酸的生物醫學功能， 也可以指導並加速抗疾病藥物的發展，為人類戰勝疾病提供理論基礎和技術。為此，我們申請的項目將主要集中在下面幾個方向上開展研究： I. 可誘導的核酸交聯劑的設計、合成及生物活性研究；II. 小分子對四鏈核酸（主要針對RNA四鏈核酸）的識別和調控；III. 小分子對核酸的修飾和生物功能作用。

結題摘要

核酸是生命的基本遺傳物質，它的結構多樣性和變化會對生命過程產生重要影響。小分子化合物本身有其不同結構，因而可以與不同結構的核酸進行相互識別和相互作用，從而達到小分子對核酸結構和功能調控的目的。本項目重點圍繞核酸的不同結構，設計併合成了系列能與核酸相互作用的活性小分子。通過努力，在下面幾個方面取得了系統性的研究工作: (1) 針對G-四鏈核酸結構的多樣性，設計併合成了系列小分子衍生物，研究它們對不同結構的G-四鏈核酸識別和相互作用，進而進行對核酸功能進行調控，實現G-四鏈體的結構調控、穩定和檢測的目的；發現一種具有環境回響能力的新型核酸G-四鏈體結構。這種新G-四鏈體的結構特徵是在G-quartet平面上含有G-空缺，它可以從環境中吸收一個含Guanine基團的分子而形成一個更加穩定的結構。發現了空缺型G-四鏈體結構、揭示G-四鏈體的生物學功能、在活細胞內成功檢測G-四鏈體，並將G-四鏈體套用於核苷酸檢測。在我們發現RNA G-四鏈核酸可以作為抗病毒藥物開發的重要靶標後，我們又進一步發現，胞內蛋白核仁素能結合C肝病毒核心RNA的G四鏈體結構，證明了核仁素和野生型C肝病毒核心RNA的G四鏈體在體外和活細胞的生理條件下能作用和共定位，說明了內源性的蛋白核仁素能對RNA的G四鏈體具有穩定作用，並可以抑制病毒活性。整個基因組的G四鏈體的分布的發現和確定是個重要的挑戰，我們通過PEG24的長鏈將PDP與Biotin連線起來，藉由鏈霉親和素磁珠可以特異性地富集基因組中的G-四鏈體，接著利用生物信息學的手段可以鑑定出基因組中G-四鏈體的分布。進一步用PDP孵育細胞可以鑑定出受調控的基因以及潛在的起調控作用的G-四鏈體。（2） 通過利用修飾核酸不同基團的活性，我們設計併合成了系列探針分子衍生物，從中篩選了可以選擇性與修飾核酸識別和相互作用的系列探針分子，實現了對DNA中5-醛基胞嘧啶（5fC）、5-醛基尿嘧啶（5fU）、5-羥甲基胞嘧啶(5hmC)和RNA中的6-甲基腺嘌呤（m6A）的檢測新技術。這些檢測新技術為深入研究修飾核酸的功能提供了有力工具。發表學術論文60餘篇，在各種國內外學術會議做邀請報告19餘次，申請和授權專利4項，博士畢業生28名，碩士畢業生4名。