G-四鏈體與二價金屬離子相互作用的研究

《G-四鏈體與二價金屬離子相互作用的研究》是依託南京大學，由周俊擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：G-四鏈體與二價金屬離子相互作用的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：周俊
• 依託單位：南京大學

項目摘要

富含鳥嘌呤（G）的DNA序列利用Hoogsteen 氫鍵可形成G-四鏈體結構。當前，此結構已經成為抗癌藥物作用的靶點。然而，關於G-四鏈體的研究主要是在一價金屬離子中進行的。二價金屬離子雖然在體內含量比較低，但它們也具有極其重要的生理意義。更重要的是，一些二價金屬離子，如鉛離子、鍶離子等可以誘導富含G鹼基的序列形成非常穩定的G-四鏈體結構。到目前為止，雖然已經有一些關於G-四鏈體在二價金屬離子中的報導，但是還非常少。本項目擬準備選擇一系列的G-四鏈體結構，系統地研究G-四鏈體與二價金屬離子的相互作用。利用（振動）圓二色光譜、紫外吸收光譜、核磁共振等，研究G-四鏈體在二價金屬離子存在的條件下的性質和結構，並闡明其相互作用的特點，並與文獻中一價金屬離子的結果相比較，得出規律性的認識。本項目的研究目的能引起研究者對二價金屬離子的重視，並為設計新型抗腫瘤藥物的研究者提供重要的參考。

結題摘要

G-四鏈體（G4）作為一個“明星分子”得到了各領域越來越多科學家的關注。本項目圍繞G4結構與性質以及G4 DNA酶展開工作，研究結果加深了人們對G4性質的認識，並展示了其迷人的套用前景。 生命體是一個包含各種金屬離子、生物大分子、DNA、RNA等在內的一個擁擠環境。前人研究得出了分子擁擠在一價金屬離子存在時會增強G4穩定性的結論，而我們研究中發現在二價金屬離子條件下，分子擁擠對反平行和混合構象的G4是有去穩定作用的。研究過程中，發現不同構象G4 UV紫外融解曲線有所不同，並基於此建立一種快速鑑定平行與非平行結構G4的方法；後續研究根據DNA和RNA序列都可以形成G4，設計了DNA-RNA嵌合G4，系統地研究了RNA中羥基對G4的影響，首次觀察到了羥基可以誘導順式糖苷鍵的形成和去穩定作用；進而對G4 loop的排列順序進行了研究，發現 G4結構和性質與其相關，而不是前人所認為的無關。 在G4套用研究方面，雖然G4/血紅素DNA酶得到了廣泛地研究，但是其活性相比於蛋白酶仍然比較低。於是，我們首先構建了一系列的DNA酶，發現A鹼基的重複序列可以增強其活性，這種鹼基增強效應具有可設計性；基於此，我們構建了一種嗜熱G4 DNA酶，其在高溫下具有很高的活性，並能高效地去除工業廢水中的有機染料，可與當前工業上的使用方法相媲美；我們進一步通過設計100多種DNA酶，對鹼基激活DNA酶的機制進行了研究，提出了臨近激活的機制。 這一系列的研究，對深入理解G4結構與性質、DNA酶的套用具有推動作用，比如設計高靈敏的生物感測器、環境治理等。