三联吡啶类金属配合物、靶点DNA与DNA拓扑异构酶结合方式及三元复合物结构基础的研究

Metal complexes are one kind of effective anticancer agents. As the best example of platinum metal complex, cisplatin has been used for over 40 years, but its side effects seriously prevent its wide range of application. It is very necessary that developing the next generation metal complexes drug. Terpyridine metal complexes are one the potential drug for anticancer. It has high antitumor activity, good bio-compatibility and weak side effects. Until now, the binding mode and detailed anticancer mechanism of terpyridine metal complexes, DNA and DNA topoisomerase are still obscure. Based on the previous results, there should be a new binding mode between terpyridine metal complexes and DNA. Therefore, the binding mode of terpyridine metal complexes, DNA and DNA topoisomerase will be investigated using structural biology method as the main method, and molecular biology, isothermal titration calorimetry and inorganic chemistry methods as the supplementary methods in this project. At the same time, the three dimension structures of binary complexes and ternary complexes will be solved by the XRD or NMR method. This study will explain how the small molecular drugs disturb the DNA replication, transcription or repair from the nano-meter level. The structural basis for anticancer mechanism of metal complexes and new ideas and theories for the design of small molecular anticancer drugs will be presented in our study.

金属配合物是治疗癌症的有效药物之一。以顺铂为代表的铂类金属配合物已经使用超过40年，其严重的副作用影响其广泛应用。开发新一代的金属配合物抗癌药物的需求十分迫切。三联吡啶类金属配合物是潜在的抗癌药物之一。它具有抗癌活性高、生物兼容性好、副作用小等特点。目前，三联吡啶类金属配合物与DNA结合模式及抗癌具体机理尚不明确。从前期工作分析，三联吡啶类金属配合物很可能存在新的DNA结合模式。因此，本项目拟采用结构生物学为主要手段，分子生物学、热力学和无机化学为辅助手段，研究三联吡啶类金属配合物、DNA和DNA拓扑异构酶相互结合的方式。同时，解析三者所形成的二元复合体及三元复合体的三维立体结构。从纳米水平，阐述小分子药物如何阻止DNA复制、转录或修复等生物学现象，为金属配合物的抗癌机制提供结构基础，同时，为小分子药物设计提供有效的新思路和理论依据。

金属配合物是治疗癌症的有效药物之一。以顺铂为代表的铂类金属配合物已经使用超过40年，其严重的副作用影响其广泛应用。开发新一代抗癌药物的需求十分迫切。三联吡啶类金属配合物是潜在的抗癌药物之一。它具有抗癌活性高、生物兼容性好、副作用小等特点。目前，三联吡啶类金属配合物与DNA结合模式及抗癌具体机理尚不明确。本项目研究了抗癌药物小分子三联吡啶金属配合物的合成、表征、荧光性质和抗肿瘤活性；以及利用吸收光谱、荧光滴定、圆二色谱、分子对接和共晶等研究手段，分析了化合物和靶点DNA的结合方式为非共价结合，而顺铂为共价结合，相比顺铂三联吡啶类金属配合物副作用更小；利用计算模拟分析了化合物和靶点蛋白结合力以及在这些蛋白上的结合位点结果表明它们结合方式主要为范德华力。这些结果表明三联吡啶类金属化合物可作为进一步评价人肿瘤化疗药物的候选化合物。同时合成了化合物BSP16，并研究了它和靶点蛋白激活干扰素基因刺激蛋白（STING）的相互作用。首先通过SPR、DSF、ITC和NMR等实验手段研究了两者相互作用，接着获得两者的复合物晶体，通过去上海光源收集数据（分辨率为2.4 Å）解析出此复合物的三维立体结构并上传PDB数据库（ID：7X9Q）。通过在原子水平上分析BSP16的作用机理，得出和STING蛋白以同源二聚体的形式存在，可以诱导STING蛋白形成“关闭”状态。体内研究表明BSP16具有良好的耐受性，作为口服药物具有优秀的药代性质，并且能够诱导肿瘤的退化以及持久的抗肿瘤免疫。BSP16具有良好的生物活性，有望作为新型抗肿瘤药物进行进一步的开发。