DNA識別劑增強金屬核酸酶特異性機制的理論研究

《DNA識別劑增強金屬核酸酶特異性機制的理論研究》是依託北京師範大學，由王艷擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：DNA識別劑增強金屬核酸酶特異性機制的理論研究
• 依託單位：北京師範大學
• 項目負責人：王艷
• 項目類別：面上項目

項目摘要

提高人工核酸酶與DNA的功能活性在基因工程、生物探針、新藥研發等領域具有重要的學術價值和套用前景。由於核酸酶的複雜性和DNA序列的多樣性，使提高金屬核酸酶活性的研究僅依靠實驗的研究受到了一定的限制。本項目在申請者初步研究的基礎上，採用量子化學的理論計算和分子動力學模擬方法，在人工和天然識別劑中引入金屬核酸酶分子，對識別劑型金屬核酸酶與DNA的結合體系進行研究，篩選出具有高活性的DNA識別基團、分子及蛋白，尋找有效控制DNA切割位點和識別特異性的規律，探討複合金屬核酸酶體系對DNA的特異性切割的作用機制，為提高人工核酸酶分子的特異性提供其分子水平的信息及理論依據。該課題將對高特異性金屬核酸酶的設計提供有價值的理論參考數據，更有效地推動人工金屬核酸酶構築合成工作的發展。

結題摘要

人工核酸酶對DNA分子切割活性的研究在生物和藥物等領域具有重要的作用。由於核酸酶的複雜性和DNA序列的多樣性，使對其的理論研究具有更突出的優勢。本課題採用分子動力學模擬、分子對接及結合自由能計算等方法，在人工識別劑寡聚醯胺和天然識別劑鋅指蛋白中引入不同的金屬核酸酶分子（如：[Cu(BPA)]2+和[Cu(IDB)]2+），對這些識別型切割分子與DNA的結合體系進行研究。研究表明：具有識別型的切割分子可以穩定地結合於DNA的識別序列位點，其切割活性取決於切割劑與識別劑的結合部的柔性及核酸酶配體的特徵，總結了具有高活性切割分子對DNA糖環上的抽取氫原子的可能性及作用機制。該研究結果對高特異性金屬核酸酶的設計提供有價值的理論數據。通過對識別劑分子與DNA結合特徵的研究，表明不同類型的天然識別劑鋅指蛋白對DNA的識別可分別發生於DNA的主鏈或兩條鏈上，其結合強度及蛋白的識別殘基也存在顯著的差異。通過對識別劑誘導DNA變形及DNA作為誘導媒介對功能蛋白質分子的誘導變構的研究，表明小分子可通過對DNA溝槽的破壞干擾轉錄因子蛋白與DNA大溝的結合，從而破壞異常基因的表達。理論的研究對實驗提出的“DNA調控的間接讀取模式”的協同性招募機制給予了分子層面的解釋。這些研究結果為實驗生物學提供了有價值的理論基礎。