肿瘤抑制蛋白p53与DNA的特异和非特异相互作用的单分子研究

Cancer is one of the diseases threating human health seriously. Its occurrence is related with DNA replication, regulation of cell cycle and apoptosis. p53 key, a transcription factor, is a key protein involved in the process, and is also called tumor suppressor protein. However, the mechanism of interaction between DNA and P53 has not been fully understood. The mechanism of binding between p53 and its specific site on DNA is related with the 3 dimensional random diffusion and one-dimensional search in statistical physics. The proposal is based on our previous study on the interaction between enzyme and DNA by single molecular methods. We will use single molecular magnetic tweezers and atomic force microscopy to investigate the specific and non-specific interactions between p53 and DNA in detail. In the mean while, we will explore its binding energy landscape and kinetics, compare their affinity differences of the core domain mutant and wild type p53 and DNA cognate site. Under the conditions of various salt concentration and various types, valence ion environment, we will study their influence on the protein binding and its sliding on DNA. The interaction mechanism between p53 and anticancer drug cisplatin will be studied on physiological conditions by AFM and force spectroscopy. We will develop and improve the facilitated diffusion theory and provide some basic theoretical inspiration for cancer treatment.

肿瘤是一种严重威胁人类健康的疾病. 其发生与DNA复制，细胞周期和凋亡的调控有关. 而转录因子p53是参与这一过程的关键蛋白，也叫肿瘤抑制蛋白。但p53与DNA相互作用的机制尚未完全搞清。p53与DNA特定位点的结合一般由促进扩散理论描述，但微观机制尚不明确。本项目在前期研究内切酶蛋白与DNA相互作用的基础上，利用单分子磁镊和原子力显微镜力谱方法对p53与DNA的特异性和非特异性结合做细致的分析，搞清其两种结合模式的能量图景和动力学，比较核心域突变型与完整型p53与DNA同源位点结合的亲和力差异；研究不同盐浓度和不同种类，不同化合价离子环境对p53与DNA结合和蛋白沿DNA滑动的影响；研究生理条件下p53与抗癌药物顺铂之间的相互作用机理；对p53与DNA结合动力学的唯象描述和物理机制作出一定的探索，发展和完善促进扩散理论，为癌症治疗药物的开发提供基础理论的启发。

1.利用原子力显微镜仔细研究了p53蛋白与DNA之间的相互作用，测定了p53与DNA非特异性结合的结合常数。实验中还发现，镁离子对p53与DNA的非特异性结合有大的促进作用，据此，我们建立了一个理论模型。.2.系统研究了疏水作用对DNA分子凝聚和电荷逆转的影响。发现有机一价离子, tetraphenyl chloride arsenic (Ph4As+) 可以导致DNA凝聚和电荷逆转，与以往所有的理论预约均不同。我们建立一个单价离子导致DNA凝聚和电荷逆转的模型，认为疏水作用是DNA凝聚和电荷逆转的驱动力。.3. 系统研究了介电常数对DNA分子电荷逆转的影响。发现在3价离子溶液中的DNA分子不会发生电荷逆转现象，但如果加入大于50%的乙醇，可以导致电荷逆转。相反，在4价离子溶液中，DNA溶液发生电荷逆转现象，但如果加入两性离子，可以导致电荷逆转消失。.4. 研究了pH值对DNA电荷逆转的影响，发现pH值降低对DNA电荷逆转有促进作用。通过调节溶液的pH值，首次实现了在二价平衡离子条件下DNA的凝聚。这个结果理论预言20多年，但是一直无法得到证实，我们用单分子磁镊和原子力显微镜完全实现了。.5.研究的水化离子铁离子和铝离子对DNA凝聚和电荷逆转的影响，发现与普通3价离子不同，水化离子可以导致DNA的电荷逆转，同时导致DNA构型发生相变。分析表明，离子特定相互作用是产生这种相变的主要原因。.6.研究了在低离子强度环境下，平衡离子的混合对DNA凝聚和电荷中和的影响。发现，不同于正常离子条件，DNA电泳迁移率随着一价或二价离子的加入而增加，而不是减少。也就意味着DNA的电荷中和得到了提升。