異喹啉生物堿與核酸結合的構效關系及應用研究.pdf

1、許多生物小分子的生理活性都與各種結構的核酸分子的相互作用密切相關，探究小分子與核酸結合的構效關系具有十分重要的生物意義。因此，本論文選用三鏈DNA、分子信標及脫堿基位點DNA為研究對象。根據對不同結構的異喹啉生物堿與核酸之間相互作用的研究，分別開發(fā)了pH和金屬離子調控的分子開關、靈敏度可調的免標記分子信標以及手性熒光傳感器。主要研究內容如下:
　　1.以異喹啉生物堿作為選擇劑、穩(wěn)定劑、誘導劑以及開關信號的三鏈DNA熒光傳感

2、　　三鏈DNA逐漸在多個領域引起了人們的廣泛關注，諸如基因表達、藥物篩選、分子開關以及傳感器等。然而，其應用都取決于三鏈結構的形成與穩(wěn)定。研究了多種結構的異喹啉生物堿對三鏈DNA的識別，發(fā)現天然小分子白屈菜紅堿(CHE)對特異性識別三鏈結構的選擇性最高，隨著三鏈DNA與CHE的結合，DNA的三鏈結構部分穩(wěn)定性逐漸增強而雙鏈結構部分的穩(wěn)定性沒有任何影響。CHE能夠誘導易形成三鏈的寡核苷酸鏈(TFO)與其對應的雙鏈部分結合形成三鏈DNA。由

3、于CHE與三鏈結構結合能夠使其熒光強度明顯增強，因此，CHE可以作為檢測三鏈結構的有效分子探針。利用CHE作為特異性的選擇劑、誘導劑以及開關信號，成功地設計了這種pH和金屬離子調控的免標記三鏈納米開關。
　　2.可調的免標記三鏈分子信標用于DNA分析
　　核酸序列的檢測在現代生命科學中占有十分重要的地位。分子信標操作簡單、反應靈敏并且具有高度的選擇性，一直是人們的研究熱點。在此，由于三鏈DNA結構對溶液pH較為敏感，設計了一

4、種靈敏度可調的免標記tMB。由于天然小分子CHE能夠與三鏈結構特異性結合并熒光增強，且能夠穩(wěn)定三鏈結構并誘導其形成，選用了CHE作為開關信號。不加入靶標序列時，tMB莖部呈三鏈結構與CHE結合，熒光信號響應;加入靶標序列與環(huán)狀部分結合后，環(huán)狀部分形成剛性雙鏈結構從而將莖部的三鏈體破壞，熒光信號明顯降低，而加入含有變異堿基(G/C)的靶標序列，與環(huán)狀部分不能形成穩(wěn)定結構而不能明顯破壞莖部的三鏈結構，熒光信號基本不變。改變溶液pH能使tMB

5、三鏈結構的穩(wěn)定性也隨之發(fā)生變化，可以調控對序列檢測的靈敏度。
　　3.基于雙鏈DNA的手性熒光傳感器
　　運用生物大分子對天然手性對映異構體的快速識別有助于手性傳感器的發(fā)展以及加快藥物的開發(fā)。在這項工作中，首次運用含有AP位點的雙鏈DNA來探究其區(qū)分對映體的能力。選用一種能夠與AP位點特異性結合的熒光團用作熒光探針，以天然的四氫巴馬汀(THP)為代表性對映體，開發(fā)了一種可用于直接檢測的手性傳感器。發(fā)現，由于L-THP能夠特異

6、性與AP位點結合(L-THP的結合常數高出D-THP兩個數量級)，因此只有L-THP能夠有效取代AP位點原本結合的熒光團而使體系熒光強度明顯增強。通過熒光滴定、等溫滴定量熱法以及DNA熔解實驗確定L-THP與AP位點的結合強于D-THP，并且可以通過改變AP位點的數目以及其側翼序列調節(jié)該傳感器區(qū)分對映體的能力。對單個手性原子誘導的異構體的區(qū)分，單個AP位點便能夠提供一個完美的結合空腔。這項工作基于雙鏈DNA開發(fā)的手性熒光傳感器進一步推動