功能金属配合物对三螺旋RNA的结构稳定和构象转化调控研究

三螺旋RNA不是RNA的正常存在状态，其稳定性和构象易受环境的影响而变化。对三螺旋RNA稳定性和构象转化的调控，是开展其在基因治疗方面应用的前提。本项目选择具有不同碱基序列的三螺旋RNA作为研究靶点，设计构筑对三螺旋RNA具有强亲和力并能识别不同碱基序列的钴(III)、铂(II)或铑(III)功能金属配合物。应用光谱技术、核磁技术、粘度法与微量热法，研究功能金属配合物与三螺旋RNA的作用模式、结合强度、结合驱动力、作用位点及碱基序列选择性；运用密度泛函理论计算，解释配合物与三螺旋RNA的结合规律；采用核酸热变性技术和圆二色谱滴定，考察功能金属配合物对三螺旋RNA稳定性和构象变化的影响。通过功能金属配合物与三螺旋RNA的特异性作用，调节功能金属配合物与三螺旋RNA的作用行为和特征，从而实现功能金属配合物对三螺旋RNA结构稳定和构象转化的调控，为开展三螺旋RNA在基因治疗方面的应用奠定基础。

本项目设计合成了系列钌功能金属配合物，研究了反应条件对合成配体和配合物反应的影响，优化了合成反应条件。通过各种生物物理技术以及密度泛函理论等方法，探讨了主配体或辅助配体的疏水性、平面性、形状、空间位阻等因素以及配合物的最低空轨道和最高占据轨道的能量等因素对钌功能配合物与三螺旋RNA相互作用的影响。发现了首例可作为三螺旋RNA (RNA poly(U)•poly(A)*poly(U))分子光开关的金属配合物，该钌配合物同时也是第一例能够提高三螺旋RNA poly(U)•poly(A)*poly(U)结构稳定的金属配合物。研究表明：（1）主配体结构的不对称性（类似“月形”），有助于提高三螺旋结构中第三链的稳定性。因此设计配合物的主配体时，应考虑三螺旋RNA结构的不对称性。主配体结构的对称性越好，可能越不利于其与三螺旋RNA的作用，结果其对三螺旋结构稳定性提高及其构象转换的影响很小。（2）在辅助配体相同时，改变主配体的结构可调控金属配合物对三螺旋的稳定性。量子化学计算结果表明，相对于辅助配体的疏水性，金属配合物最低空轨道的能量以及配合物的空间位阻是影响三螺旋结构稳定与构象转换的关键因素。配合物的最低空轨道的能量越低，则可能越有利于金属配合物增强三螺旋RNA结构的稳定，进而显著影响其构象的转换。（3）对于主配体为多肽类的钌配合物，研究初步表明配合物与三螺旋RNA形成氢键的能力对提高三螺旋RNA结构稳定性具有一定的作用，如果在多肽类配体的末端或中间引入芳环，则该类配合物对三螺旋RNA结构稳定性和构象转换具有显著的影响。（4）三螺旋RNA结构稳定性与金属配合物的浓度密切相关，在低浓度时金属配合物可提高三螺旋RNA结构的构稳定性，但在高浓度时却对三螺旋RNA结构中的第三链具有去稳定化作用，即降低其稳定性，而进一步提高三螺旋结构中双链的稳定性。上述研究结果对于如何设计金属配合物，通过金属配合物实现对三螺旋RNA结构稳定和构象转换的调控，具有重要的理论指导意义。