基于核黄素结构的靶向碱基错配抗癌药物和基因操作分子工具的开发

Based on the recognition ability of riboflavin to G-U mismatch in DNA/RNA duplex, a ribioflavin modified DNA oligonucleotide is designed to realize sequence-specific RNA degradation with photo-irradiation.; As ribioflavin can catalyze the photocleavage of DNA duplex by binding to the G-T mismatch specially, the cell and animal experiments will be conducted to evaluate the possibility of riboflavin as the photosensitizer for the photodynamic therapy of skin cancer; By combining ribozyme with alkylating agents, the ‘ribozyme-chlormethine’ compounds will be synthesized to applied as new leading drugs for the targeted cancer therapy.

本研究基于核黄素对RNA/DNA双链中G-U碱基错配的特异性识别和光剪切能力，将核黄素和具有序列识别能力的DNA序列通过化学方法进行共价键连接来发展新的基因敲降工具，实现细胞内对目标RNA的精准光剪切操作；利用核黄素对DNA双链中G-T碱基错配特异性高效光剪切能力，针对皮肤癌开展细胞和动物水平光动力治疗研究；将核黄素和化疗药物连接，合成“核黄素-氮芥”化合物，实现在没有光照条件下对癌细胞特异性致死，开发新型的靶向抗肿瘤先导药物。

本项目主要围绕基因操作分子工具和靶向抗肿瘤药物两个研究方向开展工作。按原研究计划，我们设计合成并筛选到了能够在光照核黄素条件下诱导互补RNA链特异性断裂的核黄素改性DNA分子FOC，为基因操作提供了新的工具；在细胞水平和动物水平上均证实了核黄素在光照条件下能够一定程度抑制肿瘤生长，抑制活性约为1.31倍，与光动力治疗常用的光敏剂Ce6的1.64倍差距不大；合成、筛选得到了对错配修复系统缺失的肿瘤细胞具有明显作用的核黄素-氮芥类化合物（F-NM2），在细胞水平上证实了核黄素作为靶向抗肿瘤药物的潜力。三项工作均按按原计划进行并得到了预期效果，但研究过程中发现核黄素及其衍生物的溶解性较差，对于后期应用具有很大局限性。.另外，还基于毒蛋白IbsC筛成功获得1种新的细胞内工作活性非常好且低毒安全的茶碱依赖的锤头型适体酶TAP-1，可作为基因治疗调控强有力的工具；以皮肤色素性疾病治疗为导向，基于PROTAC技术设计合成了酪氨酸酶小分子降解剂，成功获得1种能够靶向降解酪氨酸酶的PROTAC 分子 TD9，斑马鱼实验可明显观察到黑色素的减少，加之其具有的高活性、高选择性和低毒性，有潜力被开发为治疗皮肤色素沉着性疾病的药物；在靶向抗肿瘤药物方面，设计合成了一种全新结构的高效安全的抗肿瘤四价铂分子AP1，具有比顺铂更高的效率、更低的毒性，是一种新的具有临床潜力的高效安全抗肿瘤分子；开发了一种基于适体的新的PROTAC蛋白质降解工具，解决了经典PROTAC体系中“不可成药”靶标降解的问题，有效拓展了PROTAC技术的靶标范围，为肿瘤靶向治疗提供了更多选择。.在本项目支持下，发表相关SCI期刊论文4篇（Journal of Medicinal Chemistry、European Journal of Medicinal Chemistry、Cell Reports Physical Science、Molecular Therapy-Nucleic Acids），另有11篇工作发表在Nucleic Acids Research ， Anal. Chem.，Biosens. Bioelectron.,Sensors and Actuators B: Chemical, Theranostics等SCI期刊，申请专利3项。