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G-四链体结构的检测、功能及调控
G-四链体结构是近年来发现的特殊核酸二级结构，它在体内极易形成，分布十分广泛并且具有重要的生物学功能。研究者们已经在体外检测到G-四链体的存在并解析出其晶体结构，各种检测该结构的方法如特异性荧光探针、抗体等也不断被发现或合成。 G-四链体不仅广泛分布于端粒、启动子区、外显子等具有重要功能的基因区域，在5＇非编码区（5＇UTR ）、内含子区、3＇非编码区（3＇UTR）等也有广泛存在。相应区域的G-四链体参与到端粒延长、DNA复制、转录、减数分裂、基因重组等重要的生命过程，发挥抗肿瘤、抗病毒、抑制血管新生等作用。目前基于G-四链体结构的抗肿瘤药物已经进入临床试验阶段并取得了良好的疗效。 G-四链体结构的内源性调节包括多种内源性蛋白以及碱基的甲基化等，维持其含量与结构的平衡状态。此外，外源性小分子也可对体内G-四链体的平衡状态发挥调节作用。本文将从化学、生物和医学的角度对G-四链体结构的检测方法及其特殊功能和调控进行系统的论述和展望。
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DNA和RNA G-四链体及其小分子配体研究进展
近年研究表明,G-四链体在原癌基因启动子、端粒DNA和信使RNA非编码区均过度表达,寻找能够稳定或诱导这些G-四链体的配体分子,继而抑制基因的转录及相关蛋白的翻译过程,将会发展成为一种新型的抗癌策略.本文对G-四链体结构数据库及以此为靶点的抗癌机制和小分子配体研究进展进行综述.
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海桐皮提取物的抗肿瘤活性及其机制研究
本研究探讨了海桐皮提取物的抗肿瘤活性及其作用机制.首先应用MTT法对海桐皮提取物进行体外细胞毒效应实验.为明确体内抗肿瘤疗效,建立了Lewis肺癌的小鼠模型,通过对比各组小鼠的相对肿瘤增值率、肿瘤生长曲线、抑瘤率、瘤重等指标考察海桐皮提取物的抑瘤效果.并通过G-四链体的稳定性实验,探讨了海桐皮的抗肿瘤作用机制.结果显示,海桐皮提取物在体外对肿瘤细胞增生具有抑制作用,在体内的抗肿瘤药效实验中也表现出明显的抗肿瘤活性.从G-四链体的稳定性实验结果可以看出,随着海桐皮提取物加入量的增加,G-四链体的熔点(T_m)逐步提高,其对G-四链体结构具有很好的稳定作用.
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荷包牡丹碱对人肺癌A549细胞生长及端粒酶活性的抑制作用
目的 探讨荷包牡丹碱对人肺癌A549细胞生长的抑制作用及其作用机制.方法 A549细胞加入荷包牡丹碱0～200 μmol·L -分别作用24,48和72 h,MTT法测定A549细胞的生长抑制作用.荷包牡丹碱0 ～ 20 μmol·L-1作用72 h,端粒重复序列扩增(TRAP)法测定端粒酶活性.变温紫外法检测荷包牡丹碱9 μmol· L-1对端粒酶G-四链体的稳定作用.结果 荷包牡丹碱25,50,100和200 μmol·L-1作用细胞72 h后的抑制率分别为33.4％,88.2％,88.6％和89.4％,明显高于正常对照组细胞(P＜0.05),并具有量效(r =0.906,P＜0.05)和时效(r=0.949,P＜0.05)性.与正常对照组相比,荷包牡丹碱5,10,15和25μmol·L-1可有效抑制A549细胞端粒酶的活性(P＜0.05),相对TRAP端粒酶活性从正常对照组的1.471±0.102分别降低为1.093±0.054,1.013±0.016,0.554±0.034,0.365±0.081 (P ＜0.05).荷包牡丹碱9μmol·L -使G-四链体的熔点值从正常对照组的48℃提高到54℃.结论 荷包牡丹碱可以通过稳定G-四链体结构,抑制端粒酶活性,有效抑制人肺腺癌细胞A549的生长.
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博落回抗肿瘤作用及诱导人体端粒DNA形成G-四链体分子机制研究
目的 从博落回的2个主要活性成分血根碱(San)和白屈菜红碱(Che)入手研究博落回的抗肿瘤作用分子机制.方法 采用MTT法测定San与Che对3种肿瘤细胞(肺癌细胞A-549、结肠癌细胞HCT-8、肝癌细胞Bel-7402)的IC50值,从而确定这两种成分是否为博落回的抗肿瘤活性成分:采用UV-vis、FL、CD法研究San和Che与人体端粒DNA(HT4)的相互作用.结果 San与Che对肿瘤细胞有不同能力的杀伤作用,说明该2种成分是博落同的抗肿瘤活性成分;San和Che能够与HT4相互作用,可以得出San与HT4的结合常数为5×108,并能诱导单链HT4完全形成反平行结构,而Che与HT4的结合常数为930,并能诱导单链HT4部分形成反平行结构.结论 博落同含有的2种活性成分San和Che具有诱导人体端粒DNA形成G-四链体结构的能力,从而抑制端粒酶活性,达到抑制肿瘤细胞增殖的目的,这可能是博落回抗肿瘤的分子机制之一.
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原癌基因MET启动子的G-四链体结构
目的：解析原癌基因MET启动子中的G?四链体结构，并初步探索其功能。方法采用圆二色光谱、紫外吸收光谱、非变性凝胶电泳和PCR Stop实验分析MET启动子富含G的Pu23WT序列的G?四链体拓扑结构特征，并分析该结构的功能。结果MET启动子的Pu23WT序列形成了分子内平行型G?四链体结构，该结构能够阻滞聚合酶链反应。结论原癌基因MET启动子形成的分子内G?四链体结构在细胞内K+条件下可能负性调控基因表达。
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G-四链体DNA结合剂研究进展
富含鸟嘌呤的单链DNA序列可以缠绕折叠形成G-四链体结构.人类基因组中有36,000个以上的DNA序列有潜力生成G-四链体,如端粒末端重复序列,以及c-myc、c-kit、bcl-2等原癌基因启动子区域.G-四链体是由四个鸟嘌呤之间通过Hoogsteen 氢键形成G-四分体,相邻的G-四分体再通过π-π堆积作用,由糖-磷酸骨架相连而成.G-四链体DNA的形成有着重要的生物学意义,它和相关基因表达水平密切相关,诱导和稳定G-四链体结构就有可能抑制癌基因的转录和表达,引起肿瘤细胞生物学功能的紊乱,从而抑制肿瘤细胞的增殖.G-四链体结构作为新的抗肿瘤药物靶点引起了科学家的广泛关注,能够稳定G-四链体结构的配体包括二酰胺蒽醌类、苝类、阳离子卟啉类、金属配合物和天然产物等.本文对近年来以G-四链体为靶点的配体的研究进行了综述.
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MG与人类端粒DNA G-四链体相互作用的研究
目的:研究MG对人类端粒DNA G-四链体的稳定作用,为发展新型抗癌药物提供理论依据.方法:采用紫外光谱法和荧光光谱法研究MG与端粒DNA G-四链体的相互作用.结果:MG与杂化型端粒DNA G-四连体有很好的亲和性.结论:MG作为平面共轭的小分子配体与端粒DNA G-四链体良好的结合能力可以为修饰和设计更加优良的端粒DNA G-四链体配体提供依据.
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浙贝碱与DNA G-四链体复合物的分子动力学模拟研究
目的:探讨浙贝碱与平行型DNA G-四链体的结合特征,为发展新型DNA G-四链体稳定剂提供理论基础.方法:采用分子对接方法确定浙贝碱在平行型DNA G-四链体中的初始结合位置,通过动力学模拟寻找平衡结构.结果:浙贝碱能够选择性的作用于平行型DNA G-四链体的沟槽与loop共同形成的位点,并在动力学过程中稳定存在.结论:浙贝碱作为一种非平面非共轭结构的天然小分子可选择性结合于DNA G-四链体的沟槽位点,有望发展为新型以端粒DNA G-四链体为靶点的抗肿瘤药物.
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结核分枝杆菌espK基因G-四链体核酸序列多态性与表达调控功能研究
DNA的G-四链体(G-quadruplex,G4)是由富含串联重复的鸟嘌呤(guanine,G)的核酸序列折叠形成的四链体螺旋结构,目前认为其与基因表达调控和基因组稳定性有关.已有研究表明,结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis)的 espK(Rv3879 c)是构成ESX-1分泌系统的一个重要元件,其蛋白序列具有串联重复的GTPITP氨基酸序列多态性.本研究经核酸序列比对分析,确定该氨基酸序列多态性区域对应的模板链上存在G4序列,且该G4序列仅存在于结核分枝杆菌复合群.通过比对结核分枝杆菌临床分离株espK基因的核酸序列,发现 espK基因的高频率G1573C突变位于G4序列.为研究该G4结构及基因表达调控功能,首先利用圆二色谱检测其核酸片段在钾离子存在条件下的光谱学特征,证实其可在体外形成具有顺式平行结构特征的 G4,同义点突变 G4会使其结构稳定性下降.采用重叠聚合酶链反应(overlapping polymerase chain reaction,overlapping PCR)构建含有G4突变的 espK表达质粒,获得重组表达菌株.通过实时定量PCR测定 espK重组表达菌株中基因转录水平变化,发现同义点突变G4后,其基因转录水平比野生型 espK重组菌株提升1.5倍(P<0.05).此外,临床分离株中 espK出现的高频率 G1573C突变会破坏G4结构,但蛋白免疫印迹检测结果显示 espK G1573C突变导致EspK蛋白表达水平上升.以上结果提示, espK的G4结构具有表达调控功能,该G4区域的序列多态性可能通过影响EspK表达水平来调节ESX-1分泌系统的活性.
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G-四链体的结构及其与小分子配体成复合物的结构研究进展
通过与DNA的结合而从生物学源头阻止疾病的发生成为近年研究的热点,DNA G-四链体结构的发现以及分子生物学相关技术对其与癌症关系的揭示,为抗肿瘤药物的设计提供了一个良好的突破口.本文综述了近三年来G-四链体的结构及其与小分子配体成复合物的结构研究进展,有助于理解G-四链体与小分子配体的作用模式,以期为合理设计抗肿瘤药物有所帮助.
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3-喹啉/4-吡啶混合取代阳离子型卟啉化合物的设计、合成及其生物活性
目的:寻找具有阳离子型卟啉结构的强效端粒酶抑制剂.方法:采用Adler-Longo卟啉合成法通过芳香醛和吡咯的缩合反应制得各种组合的3-喹啉/4-吡啶基卟啉碱基,再经甲基化、离子交换得阳离子型卟啉化合物.测试所合成化合物的端粒酶抑制活性和c-Myc抑制活性.结果:非细胞试验显示所合成的化合物具有强的端粒酶抑制活性;而化合物4显示强的c-Myc抑制活性.结论:阳离子型卟啉化合物是潜在的抗肿瘤候选化合物.
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端粒酶抑制剂的研究--与G-四链体相互作用的菲啶衍生物的设计、合成与生物活性研究
目的:寻找具有阳离子型菲啶衍生物的强效端粒酶抑制剂.方法:以溴乙啶为先导化合物设计合成了两个系列共10个目标化合物.测试了所合成化合物的抗肿瘤活性.结果:目标化合物结构经红外光谱、核磁共振氢谱和质谱确证.初步药理实验表明,化合物Ib,Ie,Ⅱa,Ⅱe等4个化合物有较强的抗肿瘤活性,其IC50值均在μmol/L浓度水平.
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3-喹啉/3-吡啶混合取代阳离子型卟啉化合物的制备和生物活性研究
目的:寻找具有阳离子型卟啉结构的强效端粒酶抑制剂.方法:采用Adler-Longo卟啉合成法通过芳香醛和吡咯的缩合反应制得各种组合的3-喹啉/3-吡啶基卟啉碱基,再经甲基化、离子交换得阳离子型卟啉化合物.测试所合成化合物的端粒酶抑制活性和c-Myc抑制活性.结果:非细胞试验显示所合成的化合物具有强的端粒酶抑制活性;而化合物4显示强的c-Myc抑制活性.
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喹啉或喹啉/吡啶混合取代阳离子型卟啉化合物的制备和端粒酶抑制活性研究
目的：寻找具有阳离子型卟啉结构的强效端粒酶抑制剂。方法：通过芳香醛和吡咯的缩合反应制得4-乙酰氨基苯基或4-乙酰氨基苯基/4-吡啶基卟啉，经水解得相应氨基物，然后采用Skraup喹啉合成法制备6-喹啉/4-吡啶取代卟啉碱基，后经甲基化、离子交换得阳离子型卟啉化合物。同法制得6-喹啉/3喹啉-取代卟啉碱基。测试所合成化合物的端粒酶抑制活性。结果：非细胞试验显示所合成的化合物具有强的端粒酶抑制活性。
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三乙烯四胺基淀粉的合成及抗癌活性
目的:设计合成高分子基多胺抗癌药物(三乙烯四胺基淀粉,CTS),研究其对人端粒DNA d[G3(T2AG3)3]的作用机制和细胞毒性,提供高分子靶向抗癌药物的另一种开发思路.方法:以三乙烯四胺为出发点,通过环氧氯丙烷为桥梁连接到廉价淀粉上获得化合物CTS,通过各种光谱手段对CTS进行表征,运用圆二色CD光谱研究其与人端粒DNA的相互作用机制,采用CCK-8方法研究CTS对人眼脉络膜黑色素瘤(OCM-1)细胞的抑制作用.结果:CTS可以诱导人端粒DNA形成反平行G-四链体,对于OCM-1细胞具有较强的毒性,可以抑制其生长,而CTS对正常的人视网膜色素上皮(ARPE-19)细胞毒性极低,表明CTS可以作为以G-四链体为靶点的癌细胞潜在的靶向药物.结论:CTS可以促进G-四链体的生成,并对OCM-1细胞具有较强的抑制性,而对正常细胞影响微小.
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金属配合物与G-四链体作用的研究进展
端粒DNA形成的独特二级结构G-四链体对端粒酶的活性有明显抑制作用,能达到促进肿瘤细胞凋亡的作用.研究表明,能够诱使端粒DNA形成G-四链体及可以稳定这种结构的药物均可能成为有效的化疗药物.金属配合物由于其合成路径简单、结构多变、金属中心所携带的正电荷有利于与G-四链体的沟区、loop环以及带负电荷的磷酸骨架作用,增强其稳定性,因此越来越多的过渡金属配合物被设计用来研究与G-四链体作用.该文综述了近年来金属配合物与G-四链体DNA相互作用方面的研究进展.
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具抑制端粒酶活性的G-四链体小分子配体研究进展
端粒酶能阻止端粒的缩短使细胞无限增殖形成肿瘤.端粒3'端富G序列在一定生理条件下可形成具有抑制端粒酶活性的G-四链体结构,从而达到促进肿瘤细胞凋亡的作用.能够诱导DNA特别是致癌基因富G区域形成并稳定G-四链体结构的配体具有重要的抗肿瘤意义.以G-四链体为抗癌药物作用靶点对化合物进行筛选和结构设计是目前化学家和生物学家的关注点.该文对近年来以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.
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基于铅诱导核酸适体133DNA链构象转变的铅和氡累积辐射非标记荧光传感检测新方法
目的 应用核酸适体133DNA和N-甲基中卟啉IX (NMM),建立铅离子和放射性惰性气体氡的非标记荧光传感分析新方法.方法 以核酸适体133DNA为识别探针,以N-甲基中卟啉IX(NMM)为荧光信使,采集氡辐射稳定的子体铅;用Pb“离子诱导单链133DNA发生构象转变,形成稳定的G-四链体.G-四链体与NMM键合,导致体系荧光信号敏锐变化,灵敏检测铅和氡.结果 Pb2离子浓度cPb为5.0 nmol/L～90 nmol/L时,荧光强度改变量(△F)与Pb2离子浓度之间呈现良好的线性关系,△F=1.80cPb (nmol/L)-2.07,r =0.990 9;氡累积浓度cRn为2.O×104 Bq·h/m3～12.0×104 Bq ·h/m3时,△F值与氡累积浓度之间的数学定量模型为△F=7.71cRn+3.00,r =0.996 5.新方法对铅的检出限为1.67 nmol/L,对氡的检出限为1.19×103 Bq·h/m3,低于中国国家标准方法中氡的累积测量的检出限(2.1×103Bq ·h/m3).结论 本方法可以灵敏检测铅和氡,K+离子等干扰小.在氡的采样和检测过程中,避免了辐射危害;氡样品可直接测定,操作简单,成本低廉,拓展了核酸适体对放射性物质和气体的核酸适体荧光传感检测新领域.
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硫磺素T诱导G-四链体核酸适体的氡累积辐射剂量荧光检测新方法
目的 应用核酸适体9-3-35和硫黄素T,建立放射性惰性气体氡的非标记荧光传感分析新方法.方法 用硫磺素T诱导富G序列核酸适配体9-3-35形成稳定的G-四链体结构,产生荧光信号,采集氡辐射得到稳定的子体铅,加入Pb2后导致体系荧光信号敏锐变化,灵敏检测氡.结果 Pb2+离子浓度为1.0 nmol/L～ 125.0 nmol/L时,荧光强度改变量(△F)与Pb2+离子浓度呈现良好的线性关系,△F =9.13cPb+ 163.40,r =0.995 3;氡累积浓度为3.0×104 Bq·h/m3～2.2×105 Bq·h/m3时,△F值与氡累积浓度之间的数学定量模型为△F=35.59cRn+ 229.51,r=0.994 0.新方法对铅的检出限为0.312 nmol/L,对氡的检出限为1.87×103Bq·h/m3,低于国家标准方法中氡的累积测量的检出限(2.1×103 Bq·h/m3).结论 本方法可以灵敏检测氡,在氡的采样和检测过程中避免了辐射危害;可直接测定氡样品,操作简单,成本低廉,拓展了核酸适体对放射性物质和气体的荧光传感检测新领域.
