多喹啉衍生物靶向双倍体G-四链体DNA及其生物活性研究

发布时间：2020-04-06 01:00

【摘要】：G-四链体是富G序列在生理条件下形成的一种非经典的DNA二级结构,它广泛存在人类基因组重要的生物学区域,大量研究表明,G-四链体的形成可以抑制端粒酶的活性,已经成为开发新型抗癌药物的一种思路。然而,人类基因组存在的大量富G序列可以形成G-四链体结构,使得选择性靶向结构和生物学功能不同的G-四链体变得至关重要。目前,多倍体G-四链体DNA和RNA被报道少量存在于人端粒末端和C9orf72基因相关的人非编码区域,因此,设计选择性识别和结合多倍体G-四链体的荧光探针和结合剂,对结构检测探针、富G基因序列的功能研究及潜在的抗肿瘤先导药物的研究具有非常重要的意义。本文以选择性识别与结合人端粒多倍体G-四链体为目的,设计了两类化合物进行研究。第一部分工作:合成了三个不同聚醚链长连接的双喹啉二聚体化合物1a-c,研究了它们及单体化合物360A对人端粒双倍体G-四链体DNA(G2T1)的结合亲和力、热稳定性和选择性。具有中间聚醚链长的化合物1b对反平行G2T1(Anti-G2T1)的表观结合常数最大(Ka=4.3±0.1×107 M-1),是其它四种单倍体G-四链体(反平行单倍体G-四链体、c-kit1、c-kit2和c-myc)的30-425倍,表现出高选择性结合作用;可以诱导形成G-四链体,是目前报道的多倍体G-四链体结合剂中对Anti-G2T1的热稳定性最高的结合剂(ATm28.1℃)。相对于单体化合物360A和聚醚链长最短和最长的双喹啉二聚体化合物1a和1c来说,化合物1b对Anti-G2T1显示了更高的结合选择性,说明中间聚醚链长对选择性结合与稳定G2T1具有重要的调控作用。化合物1b与Anti-G2T1可能的结合模式为:化合物1b的两个双喹啉单元分别π-π堆积在两个相邻G-四分体平面,且两分子化合物1b以该种方式分别堆积在一个Anti-G2T1的上下平面。另外,化合物1b有较强的端粒酶抑制活性(IC50=5.0 ± 0.2 μM)和一定的抗肿瘤活性,特别是Hela细胞(IC50=9.5±2.0 μM)。第二部分工作:合成了两个小檗碱-双喹啉偶联化合物Ber-360A(2a)和Ber-PDS(2b),研究了它们对人端粒G2T1的荧光响应能力、结合能力、选择性和热稳定性。与其它DNA序列相比,化合物2a-b对反平行G2T1的荧光响应能力更强,结合常数更大(Ka107 M-1),表现出特异性荧光识别和选择性结合的作用;两个化合物相比,化合物2b的荧光响应能力更强,灵敏度更高,检测限达0.44 nM;化合物2a-b可以诱导形成G-四链体,对反平行G2T1的热稳定性(ATm20℃)比其它序列更高;它们的结合模式为:两分子化合物2a或者2b分别π-π堆积在Anti-G2T1的上下平面相邻的两个G-四分体平面上,且化合物对其中三个G-四分体平面的结合作用强于7和19位腺嘌呤所对应的G-四分体平面。细胞成像实验说明两种化合物都可以进入细胞,特别是化合物2b可以对细胞核内的G-四链体DNA进行荧光检测;化合物2a-b显示出强的端粒酶抑制活性(分别为0.92±0.14 μM、1.34±0.19 μM)和一定的抑制肿瘤细胞增殖的作用。总之,本研究发现了一类优良的双倍体G-四链体结合剂和一类荧光配体与G-四链体结合剂偶联的双倍体G-四链体荧光探针,这些研究有助于设计性能更佳优良的多倍体G-四链体的荧光探针或结合剂,对于多倍体G-四链体结构的检测、富G基因序列的功能研究及抗肿瘤药物的研发可以提供重要的理论指导。
【图文】：

第一章前言逡逑，Ｇ－四链体的结构获得表征与解释＾２２１。由于富Ｇ序列分子内和分子间相互作用，形成ｌｏｏｐ链的数量、电性和扭转力等多种多样，因此可以折不同构型的Ｇ－四链体１２３１，此外，不同Ｇ－四链体的拓扑结构与富Ｇ序列所相关，比如溶液中存在金属阳离子、存在小分子化合物以及分子间拥挤［２？５１。Ｇ－四链体可以由单独一条富Ｇ序列通过自身分子内的作用形成，由两条或四条富Ｇ序列通过分子间的相互作用形成，由于ｌｏｏｐ链的电性，富Ｇ序列折叠形成的Ｇ－四链体可分为四条链的方向都相同的平行构型、逡逑两条链的方向相反的反平行构型和一条链与其它三条取向相反的混合平（图１－１邋ｂ）ｌ￥２７］。不同的富Ｇ序列盘绕折叠形成的Ｇ－四链体是独特的；富Ｇ序列在不同条件下也可以形成不同构型的Ｇ－四链体，，如人端粒末端分在Ｋ％条件下形成混合平行构型，在Ｎａ＋条件下形成反平行构型Ｉ２８－２＇逡逑（ａ）逡逑

项士学位论文设计选择性识别与结合这种结构独特的多倍体Ｇ－四链体的就可以将它与其它结构和生物学功能不同的Ｇ－四链体区分［３？３化别或者选择性稳定多倍体Ｇ－四链体的小分子化合物作为癌症检物的毒副作用更小，更有发展前景，本文主要研宄人端粒末端倍体Ｇ－四链体ＤＮＡ。逡逑
【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R914

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本文编号：2615774