微小核糖核酸的小分子调控剂及其调控通路研究

MicroRNA is a novel type of single stranded non-coding RNA which can regulate gene expression at post-transcriptional level and plays important roles in physiological and pathological processes. The abnormal expression of miRNAs is closely related with the occurance of human diseases such as tumor. The identification of small molecules which can regulate the expression or function of miRNAs can provide powerful tools to explore the cellular regulatory network mediated by microRNA and hold the potential as therapeutic reagents by targetting disease-related microRNAs.In this project, we'll perform microRNA related chemical biological study in the following three aspects:1.The identification of active small molecules to regulate specific miRNAs with important physiological or therapeutical applications. 2.Construction of small-molecule probes by introducing bio-orthogonal functionalities into the active molecules to explore the mechanism of their regulation on the expression or function of microRNAs. 3.Using small molecules as probe to elucidate unknown cellular signal transduction pathways mediated by microRNAs and explore the therapeutic potentials of the active molecules in the treatment of diseases through the regulation on microRNAs. Based on the preliminary work performed on the project, we aim at innovations including the discovery of new active moleculs, the construction of novel molecular probes, the elucidation of unknown signal transduction pathway and novel applications of small molecules through the regulation of microRNAs.

微小核糖核酸是近年来发现的一类新型的内源性单链非编码核糖核酸，在动物体或人体内都起着关键性的基因调控作用且其异常表达与肿瘤等重大疾病的发生发展密切相关。对于miRNA的表达或功能具有调控作用的化学小分子的发现可为细胞内微小核糖核酸调控的网络研究提供有力的工具，并且在针对与疾病发生密切相关的微小核糖核酸这一新型的疾病治疗靶标的疾病治疗中具有重要应用潜力。本项目拟针对微小核糖核酸这一生物靶标开展三个层次的研究：1.筛选对微小核糖核酸具有调控活性的小分子；2.构建带有生物正交官能团的活性小分子探针及利用探针分子研究小分子在细胞内调控微小核糖核酸的机制；3.探索细胞内由特定微小核糖核酸调控的新的信号通路及发掘对这些新的信号通路具有调控活性的小分子在相关的疾病治疗方面的应用潜力。在前期研究基础上，结合化学生物学研究方法，实现新的活性小分子-新型探针分子-新的信号通路-新的生物医学应用等方面的创新。

微小核糖核酸（miRNA）是细胞内源性小RNA分子，通过调控基因表达几乎参与到了所有的生理以及病理过程中。以miRNA作为目标生物分子，在本项目中我们开展了一系列的化学生物学研究工作，包括miRNA化学探针分子的构建及应用、miRNA的示踪 、miRNA的转运及调控等。以活性化学小分子、miRNA、短肽结合生物相容反应，在本项目中我们具体进行了以下研究：（一）开发了多类基于可见光催化的有机光反应，构建了众多结构多样性的化学小分子，并从中筛选了对miRNA具有调控活性的化学小分子；（二）基于筛选得到的活性化学小分子构建了两类化学小分子探针，其中借助对肌肉miRNA具有选择性抑制作用的化学小分子探针发现了肌肉细胞中一条全新的信号通路以及借助对miRNA具有广谱抑制活性的化学小分子探针揭示了小分子探针对miRNA的调控机制；（三）基于光点击化学反应底物修饰miRNA构建miRNA探针分子，建立了miRNA细胞内靶基因鉴定新方法，并成功揭示了肝癌细胞HepG2中miR-122的新调控机制；（四）基于光点击化学底物修饰miRNA构建的探针分子，实现了细胞内miRNA的时空分辨成像；（五）构建了几类光敏性超子水凝胶，以此为载体实现了细胞外miRNA向细胞内的靶向、光控转运及调控。这些研究成果为针对miRNA的化学生物学研究提供了新的方法或工具，也为针对相关疾病的治疗提供了新的工具或理论基础。基于这些研究成果，本项目总计发表论文19篇，其中在国际一流期刊J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.上发表论文三篇、在Cell子刊Chem. Biol.上发表论文一篇、在Chem. Commun.上发表论文五篇。