高选择性dppz系列钌配合物与G-四链体DNA的相互作用及抗肿瘤作用研究

Screening for metal antitumor agents targeting G-quadruplex DNA has recently received great attention. When metal complexes interact with G-quadruplex DNA, it is essential for the metal complexes to bind to G-quadruplex DNA with high selectivity. In this project, six highly selective dppz ruthenium complexes are designed and synthesized based on the superior photo-chemical, photo-physical properties of the ruthenium complexes and their biological activities against G-quadruplex DNA. The binding of the dppz ruthenium complexes to G-quadruplex DNA, their ability to stabilize or promote the formation of G-quadruplex DNA structure, as well as the inhibition of telomerase and antitumor activity are investigated by means of the methods and techniques of spectroscopy, fluorescence resonance energy transfer (FRET), polymerase chain reaction (PCR), MTT assay, etc. It is expected that highly selective ruthenium complexes, acting as stabilizers or promoters of G-quadruplex DNA and promising potential antitumor agents, will be explored in this study. The results of this project have great theoretic and scientific implications for revealing the action mechanism of the ruthenium complexes with G-quadruplex DNA and optimizing the structure design of highly selective G-quadruplex DNA-target antitumor ruthenium complexes.

以G-四链体DNA为作用靶点对金属配合物进行抗肿瘤药物筛选是目前研究的热点领域。在金属配合物与G-四链体DNA相互作用中，金属配合物对G-四链体DNA的高选择性至关重要。本项目基于钌配合物丰富的光化学、光物理特性及其对G-四链体DNA的生物活性，拟设计合成6个对G-四链体DNA具有显著选择性的dppz系列钌配合物。在此基础上，综合采用光谱学、荧光共振能量转移(FRET)、聚合酶链式反应(PCR)、MTT测试等技术和方法，研究设计合成的dppz系列钌配合物与G-四链体DNA的键合、对G-四链体DNA的稳定或诱导、对端粒酶的抑制和抗肿瘤活性，以期发现能够稳定或诱导G-四链体DNA且具有抗肿瘤作用的高选择性dppz钌配合物。项目研究对于揭示dppz系列钌配合物与G-四链体DNA作用的模式与机制、优化以G-四链体DNA为靶点的高选择性抗肿瘤钌配合物的结构设计策略具有重要的理论价值和科学意义。

以G-四链体DNA为作用靶点对金属配合物进行抗肿瘤药物筛选是生物无机化学的热点研究领域。本项目基于钌配合物丰富的光化学、光物理特性和生物活性，合成了8个钌配合物，综合采用光谱学、荧光共振能量转移（FRET）、聚合酶链式反应（PCR）、显色反应、分子对接、MTT测试、粘度等技术和方法，研究了这些钌配合物与G-四链体DNA和小牛胸腺DNA的键合、对G-四链体DNA的稳定或诱导、对G-四链体DNA的选择性、对端粒酶的抑制作用和抗肿瘤活性。主要研究结果如下：（1）发现3个配合物能够在无金属离子存在以及K＋缓冲溶液中可诱导形成反平行构型G-四链体，在Na＋缓冲溶液中可进一步加强反平行G-四链体结构；其中2个配合物对G-四链体具有显著稳定作用，当[Ru]/[DNA]=2/1时，∆Tm值分别为10 ℃和14 ℃，而且在过量小牛胸腺DNA存在下∆Tm值不会降低，表明其在小牛胸腺DNA和G-四链体之间对G-四链体具有键合选择性；它们与G-四链体的键合计量比分别为2∶1、2∶1和1∶1；其中1个配合物具有“off/on型G-四链体分子光开关”的荧光特性，on/off比分别为8.6（Na＋缓冲溶液）和8.4（K＋缓冲溶液）；其中1个配合物是与混合构型和反平行构型G-四链体5'端的G-四分体发生了π-π堆积作用，作用模式为端部堆垛模式。（2）3个配合物具有高效断裂质粒DNA的性质，2个配合物与RNA键合时荧光强度下降或与RNA键合时几乎无荧光，而它们与DNA作用时荧光强度明显增大，显示出良好的区分RNA和DNA的荧光特性。项目研究对于揭示钌配合物与G-四链体DNA作用的模式与机制、开发以G-四链体DNA为靶点的高选择性钌配合物抗癌药物具有重要意义。