抗肿瘤活性化合物GA抑制DNA拓扑异构酶机制的研究

DNA topoisomerases (Top) are enzymes capable of altering DNA topography for the purpose of relieving torsional strain that arises from DNA transcription，replication and recombination. Top (Top1 and Top2) are essential to cell survival and thus are established molecular targets of antitumor drugs. Based on the mechanisms of action, Top-targeting agents can be categorized into two major classes, Top poison and Top catalytic inhibitors. Most of the Top agents in clinical use are Top poisons that target a single type of Top,such as camptothecine poisoning Top1 and etoposide and doxorubicin poisoning Top2. In spite of their prominent effects in tumor treatment, the application of current Top agents are limited by their adverse effects and the resistance that tumor cells have evolved. Compound GA is a noval gibberellin derivative that has shown potent antitumor activity as well as safety in vitro and in vivo. It has been found in our previous studies that GA inhibited both Top1 and Top2, and increased the sensitivity of tumor cells to doxorubicin. Based on these fingings, this research aim to manifest the inhibition mechanisms of GA on Top1 and Top2 and to investigate the influence of GA as a potential Top1/Top2 dual inhibitor on the sensitivity of tumor cells to single Top-targeting agents and the underlying mechanisms.

DNA拓扑异构酶（Top）负责改变DNA拓扑构象，释放DNA转录、复制以及重组过程中产生的张力，为细胞生存所必需,是细胞毒类抗肿瘤药物的重要靶点。Top抑制剂按作用机制分为Top毒剂和Top催化抑制剂，临床使用的Top抑制剂多为Top毒剂，且多为针对一种Top类型的单一抑制剂，如喜树碱（Top1毒剂）和依托泊苷、多柔比星（Top2毒剂）。现有的Top抑制类化疗药虽对恶性肿瘤有显著疗效，其应用却因毒副反应和肿瘤细胞耐药性而受限。化合物GA 为具有自主知识产权的新四环二萜类化合物,具有显著的抗肿瘤活性及良好的安全性。前期研究发现GA对Top1和Top2均有抑制活性，且能增加肿瘤细胞对多柔比星的敏感性。本项目拟在此基础上，研究GA抑制Top1和Top2的详细作用机制，并探索GA作为潜在的Top1/Top2双重抑制剂、增加肿瘤化疗单一Top抑制剂敏感性的作用和机理。

DNA拓扑异构酶（Top）负责改变DNA拓扑构象，释放DNA转录、复制以及重组过程中产生的张力，为细胞生存所必需，是细胞毒类抗肿瘤药物的重要靶点。Top抑制剂按作用机制分为Top毒剂和Top催化抑制剂。临床使用的Top抑制剂多为Top毒剂，且多为针对一种Top类型的单一抑制剂。现有的Top抑制类化疗药虽对恶性肿瘤有显著疗效，其应用却因毒副反应和肿瘤细胞耐药性而受限。化合物GA为具有自主知识产权的新四环二萜类化合物，具有显著的抗肿瘤活性及良好的安全性。前期研究发现GA对TopⅠ和TopⅡ均有抑制活性，且能增加肿瘤细胞对多柔比星的敏感性。本项目拟在此基础上，研究GA抑制Top的作用机制，并探索GA作为潜在的TopⅠ/TopⅡ双重抑制剂、增加肿瘤化疗单一Top抑制剂敏感性的作用和机理。.本项目拟在前期工作基础上，从以下几方面展开研究：量化GA的抑酶活性，明确GA对Top抑制的选择性；分别研究GA对TopⅠ和TopⅡα的抑制作用机制；研究GA作为TopⅠ/TopⅡ双重抑制剂能否影响肿瘤细胞对Top抑制剂类化疗药物的敏感性；探索GA对TopⅠ、TopⅡ表达水平以及对Tdp1等细胞Top抑制剂敏感性决定因素的作用。.通过本项目的实施，取得了以下结果：1.化合物GA对TopⅠ和TopⅡ功能的发挥均有影响，对Top I 和Top IIα具有较显著的抑制活性，而且可能是TopI毒剂而非催化抑制剂；但GA抑制Top IIα的分子机制还需进一步确认；2.化合物GA对人肿瘤细胞中Top的表达有较普遍的影响，但对不同的肿瘤细胞其影响不尽相同，而且在同一肿瘤细胞，对不同类型的Top的表达，其影响的方式也不一样。此可能与Top抑制剂的化疗增敏作用有关，尤其是对基础表达比较高的肿瘤细胞；3.与单独使用Top抑制剂相比较，化合物GA显著增加TopⅠ抑制剂Irinotecan，TopⅡ抑制剂Etoposide对肿瘤细胞的抑制作用，并呈现出明显的浓度依赖性；4.化合物GA对DNA损伤修复基因Tdp1、PARP1、Chk1、Chk2的表达有不同程度的抑制作用，此作用可能与GA对Top抑制剂化疗增敏作用有关。.以上研究结果解释化合物GA对现有以Top为主要靶点的化疗药物敏感性的影响及机制提供了科学的依据，对于寻找和发现新的肿瘤细胞Top抑制剂、以Top为主要靶点化疗药物的增敏剂具有重要的意义。