新型活细胞G-四链体结构识别及染色体定位双功能探针设计及其在肿瘤G-四链体检测中的应用

The research about the DNA structural alterations has been an important way to develop an efficient target for the tumor diagnosis or therapy in an early stage because the change of DNA structure and encoding generally is the origin cause of the tissue and cell canceration. This project plans to design a series of dual-functional G-quadruplexes probes which can be used to detect malignant tumor related G-quadruplex structures in living tumor cells. These dual-function probes that recognize target G-quadruplex in tumor cells with high specificity and sensitivity are comprised of structural recognition unit and sequence positioning unit. This project also wants to setup a novel method for detecting target G-quadruplex in living tumor cells and provide substantial basis and techniques to develop novel G-quadruplex based method for early detection of malignant tumors.

DNA结构及编码信息的变化是肿瘤恶性转化最根本的因素之一，通过检测这些肿瘤相关DNA在人体中结构和分布的变化，有望为肿瘤的早期诊断提供重要证据。本项目以活细胞中存在的G-四链体结构为靶向，通过设计构建同时具有结构识别单元及序列定位单元的双功能检测探针，实现对活体肿瘤细胞内目标G-四链体结构的特异性检测。本项目旨在建立一种活细胞目标G-四链体的检测方法，为开发基于肿瘤相关目标G-四链体的恶性肿瘤早期检测新方法奠定坚实的理论基础和有力的技术手段。

G-四链体是由富含鸟嘌呤核酸序列形成的核酸二级结构。在人类基因组中，G-四链体结构存在于许多与恶性肿瘤密切相关的序列中：如端粒、免疫球蛋白重链开关区、某些癌基因的启动子区域等。G-四链体结构的形成、解聚以及不同G-四链体结构之间的转变涉及到体内一系列重要生理过程（例如细胞凋亡、细胞增殖、信号转导等）的调控，且与多种发病率较高的恶性肿瘤密切相关。如85%的恶性肿瘤都与端粒酶的异常高活性有关，而染色体的端粒G-四链体结构与端粒酶活性有着直接的关系。因此，实现G-四链体高灵敏检测有望为建立基于G-四链体的新型恶性肿瘤识别与诊断方法提供理论基础及有力的技术手段。.本项目完成了高灵敏、特异性G-四链体结构识别荧光响应单元的筛选及分子设计。筛选、设计得到了对G-四链体具有高特异性荧光响应的两种结构识别荧光母核：2-[4-(二甲基氨基)苯基]-3,6-二甲基苯并噻唑和三甲川萘并噻唑。确定了高特异性荧光识别母核的合理衍生化位点(噻唑氮原子)及取代官能团（具有羧基末端的链状结构），设计、合成了G-四链体荧光结构识别单元的衍生化柔性分子臂，发现C3~C6长度的烷基链具有较为优异的联结性能，且体现出较好的细胞相容性。根据基因组中目标待检测G-四链体序列的上下游的序列特征，设计端粒G-四链体序列的定位的寡聚核苷酸序列“5′-CCCTAACCCTAACCCTAA-3′”。利用不同G-四链体结构识别响应单元、柔性分子臂以及寡聚核苷酸序列识别单元，合成了一系列由不同结构识别响应母核、柔性分子臂及寡聚核苷酸序列识别单元组成的肿瘤活细胞G-四链体双功能检测探针。并从生理缓冲体系、凝胶体系、固定细胞体系、并首次在活细胞体系，利用探针分子实现了对于G-四链体的特异性识别。本项目针对数种肿瘤细胞，开展了细胞增殖速率与端粒G-四链体含量的相关性研究，发现端粒G-四链体的含量与细胞增殖速率呈负相关关系。本项目发展了一种新型肿瘤活细胞G-四链体检测方法，为建立基于G-四链体的新型恶性肿瘤识别方法提供了有力的理论基础及技术手段。.