环二鸟苷酸（c-di-GMP）的手性催化功能研究

A small cyclic RNA termed cyclic diguanylate monophosphate (c-di-GMP) has been demonstrated as a second messenger for signal transduction and regulation in a wide variety of bacteria, yet its catalytic behaviors are still largely elusive. In this project, we are going to investigate the enantioselective catalytic function of c-di-GMP. On the basis of chemically synthesized c-di-GMP and its conformational investigation, c-di-GMP based enantioselective catalytic system will be constructed followed by expanding to various reaction types. In order to understand the mechanism, the kinetic process of c-di-GMP based enantioselective catalysis will be deeply studied by various spectroscopic techniques. Furthermore, c-di-GMP catalysis will be attempted to transfer into cells to explore its potential new role in cellular process. This project aims to develop a novel RNA based enantioselective catalytic model, reveal the catalytic properties of second messengers and pave the way to explore the enantioselective catalytic performance of RNA in nature.

环二鸟苷酸（c-di-GMP）是一种环状的RNA分子，它作为第二信使分子广泛分布在细菌中参与信号传导和调节生理过程，但是对于其催化功能研究还鲜有报道。本项目开展c-di-GMP的手性催化功能研究：采用化学法合成c-di-GMP，研究其空间构型，构筑c-di-GMP的手性催化体系，进一步拓展手性反应的类型，建立c-di-GMP的手性催化模型；结合光谱和波谱表征，深入研究c-di-GMP手性催化反应的动力学过程，认识c-di-GMP手性催化的微观机理；初步研究细胞中c-di-GMP的催化反应，发掘其潜在的生物新角色。该项目旨在开发一种新的RNA手性催化体系，揭示第二信使分子的催化功能，为探索自然界中RNA的手性催化功能提供研究基础。

人工DNA金属酶的构建可实现将核酸手性转移到产物，解决了一些水相中的重要不对称合成反应，但精准构建简单高效的人工金属核酸酶仍是本领域的发展瓶颈。本项目拟开展基于c-di-AMP和ATP人工金属核酸酶的组装及其催化性能研究。研究发现c-di-AMP和Cu2+可以组装形成人工c-di-AMP金属酶，对一系列水相中的不对称反应表现出优异的手性催化活性，ee值最高达到97%。c-di-AMP金属酶的手性催化活性取决于CDN的环状结构和嘌呤碱基。光谱表征和理论计算表明Cu2+和c-di-AMP的N7、磷酸基相互作用形成二聚体结构参与到手性反应中。研究发现ATP和Cu2+可以自组装形成Cu(II)-ATP表现出优异的手性催化活性，ee最高达到84%。控制实验、光谱表征和理论计算结果表明，Cu2+和ATP的β-位、γ-位的磷酸基和N7原子相互作用形成ATP杂化催化剂发挥手性催化功能。上述研究构筑了结构简单的人工核酸金属酶并实现其高效手性催化，为理性设计简单高效的核酸杂化催化剂提供研究基础。另外，c-di-AMP和ATP是天然的核酸分子，该研究为发掘它们在自然界的潜在催化功能提供理论依据。