DNA识别剂增强金属核酸酶特异性机制的理论研究

提高人工核酸酶与DNA的功能活性在基因工程、生物探针、新药研发等领域具有重要的学术价值和应用前景。由于核酸酶的复杂性和DNA序列的多样性，使提高金属核酸酶活性的研究仅依靠实验的研究受到了一定的限制。本项目在申请者初步研究的基础上，采用量子化学的理论计算和分子动力学模拟方法，在人工和天然识别剂中引入金属核酸酶分子，对识别剂型金属核酸酶与DNA的结合体系进行研究，筛选出具有高活性的DNA识别基团、分子及蛋白，寻找有效控制DNA切割位点和识别特异性的规律，探讨复合金属核酸酶体系对DNA的特异性切割的作用机制，为提高人工核酸酶分子的特异性提供其分子水平的信息及理论依据。该课题将对高特异性金属核酸酶的设计提供有价值的理论参考数据，更有效地推动人工金属核酸酶构筑合成工作的发展。

人工核酸酶对DNA分子切割活性的研究在生物和药物等领域具有重要的作用。由于核酸酶的复杂性和DNA序列的多样性，使对其的理论研究具有更突出的优势。本课题采用分子动力学模拟、分子对接及结合自由能计算等方法，在人工识别剂寡聚酰胺和天然识别剂锌指蛋白中引入不同的金属核酸酶分子（如：[Cu(BPA)]2+和[Cu(IDB)]2+），对这些识别型切割分子与DNA的结合体系进行研究。研究表明：具有识别型的切割分子可以稳定地结合于DNA的识别序列位点，其切割活性取决于切割剂与识别剂的结合部的柔性及核酸酶配体的特征，总结了具有高活性切割分子对DNA糖环上的抽取氢原子的可能性及作用机制。该研究结果对高特异性金属核酸酶的设计提供有价值的理论数据。通过对识别剂分子与DNA结合特征的研究，表明不同类型的天然识别剂锌指蛋白对DNA的识别可分别发生于DNA的主链或两条链上，其结合强度及蛋白的识别残基也存在显著的差异。通过对识别剂诱导DNA变形及DNA作为诱导媒介对功能蛋白质分子的诱导变构的研究，表明小分子可通过对DNA沟槽的破坏干扰转录因子蛋白与DNA大沟的结合，从而破坏异常基因的表达。理论的研究对实验提出的“DNA调控的间接读取模式”的协同性招募机制给予了分子层面的解释。这些研究结果为实验生物学提供了有价值的理论基础。