呋喃代谢产物顺丁烯二醛与DNA的加合(交联)作用与DNA变异

呋喃是广泛应用的工业原料，在食物和烟草的烟雾中也广泛存在。呋喃可致癌，但机理尚不明朗，有证据显示呋喃的基因毒性可能与癌症的诱发有关。但呋喃并不能直接诱发DNA变异，与之相反，其代谢产物顺丁烯二醛可诱发DNA变异。因此研究顺丁烯二醛与核苷酸的加合作用，探讨加合物对DNA结构的影响，建立结构变化与DNA变异的关系对呋喃的致癌机理研究有重大的理论意义。本项目将设计合成一系列顺丁烯二醛的寡聚核苷酸加合物；研究这些加合物诱发的DNA链间交链；利用NMR分析这些寡聚核苷酸在溶液中的结构；利用分子力学计算建立寡聚核苷酸的结构模型；利用NMR及分子力学模拟分析碱基对的稳定性；测试这些加合物在DNA复制时导致的变异；建立DNA结构与顺丁烯二醛的诱变能力的关系，为呋喃的致癌机理研究和药物开发提供一定的结构学基础。

本项目的工作主要集中在两方面：呋喃代谢产物与鸟嘌呤脱氧核苷dG的加合物对DNA双链结构和稳定性的影响；多苯并咪唑金属配合物作为非病毒基因载体的性质。. 呋喃是重要的工业原料，在食物及烟草烟雾中也广泛存在。呋喃可被细胞色素P450 氧化，生成活泼的顺丁烯二醛（BDA）。BDA可与氨基酸、核苷酸等反应，造成DNA损伤并表现出细胞毒性和基因毒性。BDA造成DNA 的损伤至少有两种，一是直接与核苷酸反应，产生多种BDA-核苷酸加合物；另一个是与两个核苷酸的亲核基团反应，生成DNA 链间交联产物。虽然目前对BDA-核苷酸加合物和交链产物的化学结构已有较深入的研究，但这些加合物对DNA 双螺旋结构的影响还未见报道。因此研究BDA 加合物对DNA 双螺旋的影响，探讨结构变化与DNA变异的关系，对呋喃的致癌机理研究与药物开发具有重要的理论意义。. 在该研究中，我们将烯醛衍生物（BDA类似物）和鸟嘌呤脱氧核苷dG通过环化生成稳定的烯醛衍生物-dG加合物，并将其引入DNA 双螺旋中。结果证实该加合物可以和互补链对应碱基dC旁边的碱基dG发生DNA链间交联，形成稳定的双链DNA交联产物。而将环形脱氧核苷dG直接置于双链DNA，虽仍可与dC互补形成碱基对，但双链DNA的稳定性受到影响。该部分研究成果已在国际化学权威杂志J. Am. Chem. Soc.（IF=10.7）和Chem. Res. Toxicol.（IF=3.7）上发表三篇SCI论文。. 基因治疗是将人的正常基因或有治疗作用的基因通过一定方式导入人体靶细胞，以纠正基因的缺陷或者发挥治疗作用、达到治疗疾病的目的。具有安全性、靶向性及高效性的基因载体，可以将有治疗作用的基因导入体内并进入靶细胞表达，在基因治疗过程中起着非常重要的作用。金属配合物因其具有更好的水溶性、更丰富的结构多样性和更合理的正电荷密度，而且更容易制备，是一类潜力巨大的非病毒基因载体。在这部分研究中，我们合成了八种多苯并咪唑钴配合物，系统研究了它们作为基因载体的性质，并发现了一种新的提高转染效率的方法，可以增强配合物作为非病毒基因载体的功能。该部分研究成果已在国际和国内化学权威杂志Biomaterials.（IF=7.6）和J. Inorg. Biochem.（IF=3.2）等上发表4篇SCI论文。