靶向C-kit1 DNA G-四链体凹槽的选择性探针分子设计

The ligands targeting DNA G-quadruplex showed great potential against the tumor cells. However, being lack of selectivity on G-quadruplexes from different genes, these ligands failed at mediating the expression of a specific gene. This is mainly due to the fact that most of the ligands interact with the G-quartet surface, which is common to different DNA G-quadruplex structures. Special attention is attracted to the cleft in the C-kit1 DNA quadruplex structure, whose stability in crystal and solution, the space and the charge distribution show its potential as a ligand target. The ligands targeting the special cleft could selectively prevent the expression of c-kit protein by selectively stabilizing the c-kit1 DNA quadruplex. Through virtual screening, biophysical assay and fragment soaking, some fragment molecules are expected to be discovered to bind with the special cleft and the connected grooves, respectively. Pharmacophore combination and fragment molecular linking could be used to search for new fragments and to link the fragements to obtain liands with high selectivity.

作用于DNA G-四链体的小分子显示了很强的抗肿瘤活性，但这些小分子对不同基因上的G-四链体缺乏选择性，不利于对特定基因的表达进行选择性调控。这主要是因为这些小分子大多作用于G-四链体公共的鸟嘌呤碱基平面。C-kit1 DNA G-四链体中结构独特的凹槽在所有G-四链体结构中显得十分特别，引起了广泛的关注。该凹槽在晶体和溶液状态下都能稳定存在，并且其空间和电荷性质均有利于配体小分子的结合。靶向C-kit1 DNA G-四链体凹槽的小分子可专一性地稳定C-kit1 DNA G-四链体，从而选择性地抑制C-kit蛋白的表达。本项目将综合使用计算模拟筛选、生物物理检测和碎片分子浸泡等研究手段，期望找到对C-kit1 DNA G-四链体凹槽及与其相连的沟进行识别的碎片小分子;并通过组合药效团搜索、碎片分子拼接等方法设计选择性作用于C-kit1 DNA G-四链体的小分子。

核酸G-四链体是由鸟嘌呤富积序列形成的特殊核酸二级结构，在基因的复制、转录和翻译中发挥重要作用。靶向G-四链体的化学小分子呈现了很好的抗肿瘤和抑制病毒的活性，但目前发现的G-四链体配体由于缺乏选择性，细胞毒性较高，发现选择性靶向特定G-四链体结构的配体分子显得非常迫切。荧光蛋白的核酸类似物有望成为在细胞中定位功能核酸和功能蛋白的工具，已报道的核酸类似物—荧光探针复合物结构显示，类似物自身形成的G-四链体与外源荧光探针的堆积构成了荧光发射的基础，但是外源荧光探针很难对特定G-四链体结构进行选择性识别，这严重影响荧光蛋白核酸类似物对功能生物分子定位的精度。靶向特定G-四链体结构的选择性配体小分子以及荧光小分子的缺乏是靶向G-四链体药物以及基于G-四链体结构设计荧光核酸类似物的瓶颈问题。.为探索基于G-四链体结构发现选择性作用于某个特定G-四链体结构的配体小分子以及荧光小分子的计算机筛选方法，本项目构建了用于研究G-四链体—配体小分子互作的数据集；对五种常用对接软件对复合物重构、筛选进行了系统性评价，发现了最佳采样程序和打分函数；基于该采样程序和打分函数，发现了一种新型的选择性靶向端粒末端多个G-四链体的配体小分子。同时，基于c-Myc Pu22 DNA G-四链体结构中3‘末端凹槽，通过筛选、优化改造，发现了选择性识别c-Myc Pu22 DNA G-四链体结构的荧光探针分子；以c-Myc Pu22 DNA G-四链体与该荧光探针分子的复合物为荧光反应核，构建荧光核酸，并成功地在细胞中定位核酸适配子SL1；通过c-Myc Pu22 DNA G-四链体与该荧光探针分子识别机制研究，该项目发现诱导契合对选择性识别特定G-四链体结构起着决定性作用。本项目发现的适合基于G-四链体结构发现配体小分子和荧光小分子的对接程序和打分函数以及小分子与G-四链体结构之间的诱导契合机制，对设计选择性识别特定G-四链体结构的配体有很强的指导意义。