四链DNA结构性质的研究

在人类基因中存在大量富含G的DNA序列，四组两个以上相邻的G能通过由氢键连接的4G平面的堆积形成四链结构。当相邻G的数量以及连接相邻G的碱基的数量和种类不同时形成的四链结构不同。广泛受到关注的是染色体端粒3'端DNA序列形成的四链结构，因为四链结构的形成可能抑制DNA链的增长，是肿瘤治疗的靶点。然而基因中含有上万种富含G的DNA序列，它们形成的结构和功能多数是未知的，仅有有限数量的四链DNA的结构被核磁和x光晶体衍射技术所揭示。20世纪80年代发明的电喷雾质谱技术，不仅可测定溶液中形成的非共价复合物，而且在测定复杂体系中形成的复合物的化学计量和不同组分中显示优势。我们已经用质谱研究了几种四链结构，拟进一步将质谱技术与元二色谱，紫外光谱和理论模型计算结合起来，建立新的分析方法，提供新的四链结构和他们的生物物理学性质方面的信息。

这项研究的目的是建立有效的分析方法, 研究富含G和C的DNA序列所形成四链结构的性质,从而建立核酸序列与结构,结构与功能之间的联系.围绕这一主题我们以电喷雾质谱技术为主要研究手段结合圆二色谱和分子模型模拟对一系列富含G和富含C的DNA序列进行了研究，获得以下研究结果和结论:1)富含G的DNA序列在中性溶液和相对高浓度的一价阳离子的存在下易于形成G-四链结构; 富含C的DNA序列在弱酸性和一定浓度的一价阳离子存在下(比形成G-四链需要的浓度低)形成C-四链(i-motif)结构;当互补的富含G和富含C的序列共存, 在酸性条件下，主要形成i-motif结构, 在中性条件下，双链结构为主; 在相同条件下几种结构并存, 丰度取决于产物的稳定性, 产物形成的动力学和热力学过程; 2)连续G或C两端的非连续碱基对四链结构的影响不同, 以T>A>C或G的顺序稳定或促进四链结构的形成; 3)四分子四链结构由单分子逐条加合形成,复合物分子间的滑动和错配导致多分子结构的形成; 双分子四链结构可由单分子四链结构堆积形成,也可由两条DNA序列相互锁定形成;由相等连续G或C形成的单分子四链结构在序列两端不存在其他碱基的情况下易于堆积形成多分子结构，而含有不相等连续G的序列可互补形成锁定的四链结构；4）分子间相互作用研究显示类黄酮类化合物对双链DNA和G-四链DNA具有可比拟的选择性；绿茶中EGCG对四链比对双链DNA有更高的选择性，可能解释其潜在的抗肿瘤活性；5）已经建立了几种研究四链结构的方法：电喷雾质谱提供复合物分子的化学计量信息，监测反应的动力学过程；CD光谱提供分子排列结构信息；UV光谱监测复合物分子的稳定性和提供热力学参数；分子模型模拟提供直观分子结构信息并对实验结果给与支持和解释；几种技术相互结合和补充提供了有意义四链结构的信息。.在项目的支持下已发表SCI研究论文四篇，两次在国际会议宣读研究结果，多次参加国内学术交流，已邀请四位美国质谱和核酸方面专家来访与课题组进行学术交流，已与美国科技大学签署了四链结构合作研究协议，已培养硕士研究生三名。已经初步发现由序列预测结构的规律,进一步研究结果正在验证,拓展和整理中. .