核酸特性结构的生物小分子荧光识别及应用研究
本文关键词：核酸特性结构的生物小分子荧光识别及应用研究
更多相关文章： G-四链体 DNA 脱碱基位点 三链体 识别区分 荧光
【摘要】：核酸特性结构在人体内普遍存在,且与人类疾病息息相关。核酸特性结构的靶向结合及识别对基于核酸的传感器构建及开发高效药物具有重要意义。因此,找到一些高选择性、低背景的荧光开关探针对核酸特性结构的高效识别检测是很有必要的。本论文确定了以核酸特性结构——G-四链体(G4)、碱基缺失位点DNA(AP DNA)及三链DNA (triplex DNA)——为研究对象,设计了简单、快速、灵敏和高效的无标记法,建立了核酸特性结构的荧光增强识别新方法。主要研究内容如下：1.荧光活化的增色卟啉对人类端粒G-四链体结构的识别研究：RNA相对于DNA的高选择性只折叠成G4平行构型的人类端粒重复序列RNA (TERRA, DNA对应物)在活细胞中发挥着至关重要的作用,但DNA G4s却拥有(3+1)混合式、篮式、椅式等多种拓扑结构,所以找到一种能高选择性识别TERRA G4s的荧光探针仍有很大困难。我们试验了许多卟啉分子,从中筛选出了最高效靶向识别TERRA G4s的荧光探针——5,10,15,20-四(3,5-二羟基苯基)卟啉(TOHdPP)。只有TERRA G4s才能活化TOHdPP谱带红移、发射信号增强的增色卟啉特性。我们推测,TOHdPP与TERRA G4s的5'端很可能按1：2比例以三明治夹心模式结合。TERRA G4s的特点在于核糖的2’羟基支撑着环形上腺嘌呤残基拉长的G4四分体平面之间的π-π电子堆叠,根据增色卟啉效应,TOHdPP会与G4平面作用而引发四苯基取代基与卟啉环之间的电子交换,这种选择性也取决于TOHdPP八羟基取代基与TERRA G4磷酸骨架上的氧原子之间的氢键相互作用。实验表明,TOHdPP是一种选择性识别TERRA G4s及基于TERRA传感器的荧光分子探针。2.荧光开关探针识别脱碱基位点纳米空腔：适用于所有DNA序列DNA某个受损碱基脱落后形成脱碱基位点(AP位点)纳米空腔。若此AP位点未经特定酶匹配,在DNA复制过程中将导致碱基突变,因此,小分子对AP位点的选择性识别对DNA损伤鉴定及基因药物发展是至关重要的。在此,我们研究了异喹啉生物碱的荧光特性,黄藤素(PAL)是筛选出的最高效识别AP DNA相对于FM DNA的荧光开关探针,PAL与所有AP DNA序列结合荧光都会增强,但先前报道的探针却无此效果。桥接π电子共轭效应比溶剂效应更利于PAL的荧光增强。PAL与AP位点的强结合促使PAL在DNA损伤识别及传感器构建等方面有宽广的应用。3.漆黄素激发态分子内质子转移荧光触发及选择性识别三链DNA三链DNA在基因调控、分子开关及传感器构建等方面有着广泛应用,所以三链DNA备受关注,然而,找到一种高选择性识别三链DNA的荧光探针仍很困难。这里,我们研究了一些结构相似的黄酮类分子类似物对三链DNA、单链、双链、i-motif、DNA/RNA G4的识别能力,发现漆黄素(FIS)是选择性识别三链DNA且荧光响应最强的分子。仅三链能诱导FIS激发态分子内质子转移(ESIPT)的互变异构体的绿色荧光,F1S不仅能稳定三链结构,而且对双链还无影响,最重要的是能按2：1比例与三链两端结合。研究表明,在拓展三链构型的寡核苷酸、构建基于三链的新颖的传感器及调控开关等方面,FIS可作为一个基于ESIPT的荧光开关探针来选择性识别DNA的结构。
【关键词】：G-四链体 DNA 脱碱基位点 三链体 识别区分 荧光
【学位授予单位】：浙江师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O657.3
【目录】：
- 摘要3-5
- ABSTRACT5-10
- 第一章 绪论10-22
- 1.1 引言10-11
- 1.2 G-四链体11-14
- 1.2.1 G-四链体简介11-12
- 1.2.2 端粒G-四链体的生物学功能12-13
- 1.2.3 小分子选择性识别G-四链体结构的研究进展13-14
- 1.3 脱碱基位点DNA14-18
- 1.3.1 AP DNA基本简介15
- 1.3.2 小分子选择性识别AP位点的研究进展15-18
- 1.4 三链DNA18-21
- 1.4.1 triplex DNA基本简介18-19
- 1.4.2 triplex DNA的生物活性19-20
- 1.4.3 triplex DNA构型的识别及应用20-21
- 1.5 本课题的研究内容、意义及创新点21-22
- 第二章 实验方案22-27
- 2.1 实验所用的DNA序列22-23
- 2.2 实验所用的试剂23-25
- 2.3 实验中所用的仪器设备25
- 2.4 实验表征方法25-27
- 2.4.1 紫外可见吸收光谱测定25-26
- 2.4.2 荧光光谱稳态测定26
- 2.4.3 核酸解旋温度Tm的测定26-27
- 第三章 荧光活化的增色卟啉对人类端粒G-四链体结构的识别研究：RNA相对于DNA的高选择性27-43
- 3.1 引言27-29
- 3.2 实验部分29-31
- 3.2.1 材料和试剂29
- 3.2.2 荧光光谱测定29-31
- 3.2.3 紫外可见吸收光谱测定31
- 3.2.4 DNA解链温度Tm测定31
- 3.3 结果与讨论31-42
- 3.3.1 高效增色卟啉TOH_dPP通过荧光增强法对TERRA G4相对于DNA G4的选择性靶向识别31-37
- 3.3.2 基于TOH_dPP的增色卟啉活性,探究其对TERRA G4s相对于DNA G4s高选择性识别的结合模型37-42
- 3.4 结论42-43
- 第四章 荧光开关探针识别脱碱基位点纳米空腔：适用于所有DNA序列43-53
- 4.1 引言43-44
- 4.2 实验部分44-46
- 4.2.1 材料和试剂44-45
- 4.2.2 荧光图谱测定45
- 4.2.3 紫外可见吸收光谱及DNA解链温度Tm的测定45-46
- 4.3 结果与讨论46-52
- 4.3.1 PAL是靶向识别AP DNA最显著的荧光开关探针47-49
- 4.3.2 与AP位点纳米空腔结合致PAL荧光增强的可能机理研究49-52
- 4.4 结论52-53
- 第五章 漆黄素激发态分子内质子转移荧光触发及选择性识别三链DNA53-73
- 5.1 引言53-54
- 5.2 实验部分54-58
- 5.2.1 材料和试剂54-55
- 5.2.2 荧光图谱测定55-56
- 5.2.3 DNA解旋温度(Tm)测定56-58
- 5.3 结果与讨论58-71
- 5.3.1 FIS是靶向识别triplex DNA最高效的黄酮类分子58-63
- 5.3.2 FIS与三链体的作用机理及模型研究63-67
- 5.3.3 TFO链对FIS与双链结合的影响67-69
- 5.3.4 实际检测应用69-71
- 5.4 结论71-73
- 第六章 结果与展望73-74
- 参考文献74-90
- 致谢90-91
- 攻读硕士期间取得的研究成果91-93
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