共振光散射法研究多环芳烃代谢物与p53基因的相互作用和基因毒性

在种类繁多的多环芳烃（PAHs）中，许多化合物属于被确认或被怀疑的致癌物质。研究PAH代谢物与核酸的作用，有助于直接了解此类化合物的基因毒理。目前即使在国际上仍然十分缺乏对PAH代谢物与核酸作用及其基因毒性的深层次研究。人类p53基因是迄今发现与人类肿瘤发生相关性很高的基因，在调节细胞增生过程中起重要作用。本项目采用共振光散射检测技术，研究水溶性低的PAH羟基代谢物和二醇-环氧化物与p53基因的作用。通过研究PAH代谢物与p53基因，p53基因各外显子以及p53基因的上游调控序列的结合作用，明确代谢物与该基因的结合方式、结合能力和结合位点。进而研究PAH代谢物导致p53基因外显子发生的点突变。揭示PAH代谢物的结构、p53基因中各外显子的差别和基因毒性三者之间的关系。探索PAH代谢物与p53基因的结合所导致的p53蛋白突变的基因毒理机制。

核酸是生物体遗传密码的载体。整个基因表达过程不仅受体内转录因子的调控，也容易被外源性化合物干扰，调控的基础是生物分子或化学物质与核酸之间形成的结合物。多环芳烃（PAHs）是目前环境科学领域研究最多的一类持久性有毒污染物。虽然多环芳烃致癌机理的细节还不十分清楚，国际上现有研究成果表明，它们在体内的代谢中间体与核酸形成加合物，是导致致癌毒性的关键步骤。研究多环芳烃代谢物与核酸的作用，有助于直接了解此类化合物的基因毒理。人类p53基因是迄今发现与人类肿瘤发生相关性很高的基因，在调节细胞增生过程中起重要作用。本项目采用荧光竞争法检测技术，研究水溶性低的PAH羟基代谢物和二醇-环氧化物与p53基因的作用。通过研究PAH代谢物与p53基因的结合作用，明确PAH代谢物与该基因的结合方式、结合能力和结合位点。揭示PAH代谢物的结构、PAH代谢物与p53基因的作用方式和基因毒性三者之间的关系。探索PAH代谢物与p53基因的结合所导致的p53蛋白突变的基因毒理机制。首先我们建立了PAH与核酸作用的荧光研究方法。对多环芳香化合物(PACs)母体与核酸的作用机理进行了针对性的研究，获取了结合方式、结合常数、结合位点等信息，以此揭示PAHs的结构、核酸反应性和基因毒性三者之间的关系。在此基础上，我们采用荧光竞争法和分子对接法研究了11种多环芳烃代谢物与人类p53基因的非共价键合作用。研究结果表明：这些PAH代谢物与p53 cDNA的作用是嵌入结合，而非沟槽结合作用。结合常数的范围为81000-50000000L/mol，其中1-hydroxypyrene和3-hydroxybenzo[a]pyrene对DNA显示出最强的结合能力，2-naphthol则表现出最弱的结合能力。PAH代谢物与DNA嵌入结合的驱动力来自于PAH苯环与DNA碱基对之间的堆积作用以及PAH代谢物上的环氧或羟基基团与DNA碱基（或骨架）间的氢键作用的协同。PAH代谢物对DNA显示出一定程度的序列选择性。PAH芳香环上的官能团种类在调控PAH类物质与DNA的相互作用上起到关键作用。分子对接模拟技术给出了PAH代谢物与DNA作用模式的立体构型图。虽然目前为止，还很难得到PAH类物质对DNA亲和性与其致癌性之间的相关性关系，但是该研究有助于我们理解PAH代谢物与DNA加合物形成的机理。