新型G-四链体近红外荧光探针的设计、合成及应用研究

G-quadruplex is a special DNA secondary structure which is highly related with many physiological and biochemical processes and has important value for tumor diagnosis, prevention and treatment. Fluorescent probes that target G-quadruplexes can realize selective detection both in vivo and in vitro. However, to detect trace amount of G-quadruplexes in complex biological samples, great binding affinity and specificity, high detection sensitivity and signal to noise ratio must be realized for the fluorescent probe. Thiazole orange is a kind of excellent nucleic acid probe, great optical properties and high specificity toward G-quadruplexes can be achieved via structure modification. This project will focus on G-quadruplex as target for the fluorescent probe. A novel core skeleton can be built by fusing the structures of thiazole orange and benzo[a]phenoxazine, which endows the probe near-infrared fluorescence property, and this probe will be used to investigate the recognition performance in vivo and in vitro. This research will aim to develop a new kind of near-infrared fluorescent probe, which can be used to help the research of structures and biological functions of G-quadruplexes, and provide a useful tool for diagnosis of interrelated diseases or drug development.

G-四链体作为一种特殊的核酸二级结构，与体内许多重要的生理生化过程密切相关，在肿瘤的诊断、预防和治疗方面都具有重要的研究价值。荧光探针可以实现G-四链体的体内、体外的选择性检测，然而，在复杂的生物样品中检测痕量存在的G-四链体，这就要求荧光探针分子能够具有更高的结合力和特异性、更高的检测灵敏度与信噪比。噻唑橙是一类优秀的核酸探针，通过结构的改造可以提高其对G-四链体的特异性并优化光学性质。本项目以G-四链体作为靶标，通过噻唑橙与苯并吩噁嗪结构的融合，构筑新颖的分子骨架，使其具有近红外荧光性质，并进一步考察其体内、体外的识别性能。通过研究旨在开发一种新型的近红外荧光探针，用于G-四链体结构和生物学功能的研究，为相关疾病的诊断以及药物研发提供有力的工具。

G-四链体是一种由富含鸟嘌呤核酸一级结构弯曲盘绕形成的特殊的核酸二级结构，其是由G-四分体所组成通过堆积组成的，而G-四分体又是四个鸟嘌呤通过胡斯坦氢键而形成的。全基因组生物信息学揭示这种富含鸟嘌呤的重复序列所形成的G-四链体在人类基因，特别是原癌基因启动子区域和端粒末端是非常常见的。. G-四链体的结构与功能目前为止不是十分清楚，研究尚属早期，所以如果开发出某些有机小分子探针，特别是能够与G-四链体特异性结合的探针，对于G-四链体相关的基础研究、临床诊断或治疗都具有显著价值。苯并吩噁嗪类染料分子内有着较长的推拉电子体系，并且具有大π共轭平面刚性结构，其荧光量子产率较高，是一类较成熟的荧光染料，并且研究者发现基于苯并吩噁嗪核心骨架的药物可以有效下调G-四链体序列c-KIT基因的表达，显示了良好的G-四链体特异性，具有作为抗肿瘤药物的潜力。基于此，我们将苯并噻唑结构通过共轭连接的方式与苯并吩噁嗪结构融合，开发了系列吸收和发射位于近红外区的荧光探针，并进行了相应的光谱测试。