应用新型质谱技术研究人类端粒G-四链体DNA的结构特性及其与小分子的结合位点

以离子迁移质谱和傅立叶变换质谱等新型质谱技术为主，结合圆二色谱、计算化学等技术方法研究人类端粒DNA序列（AGGGTT）n形成G-四链体结构的特性。重点将研究序列长度、溶液pH条件、中心阳离子浓度、退火条件及碱基突变、结合小分子引入等内在和外在因素对端粒G-四链体构象的影响。.利用傅立叶变换质谱的高分辨、高精度特性，结合其IRMPD、ECD、CID等多种裂解方式，基于丰富的多级质谱碎片信息分析小分子与G-四链体结合后准确的结合位点，并通过离子迁移色谱和理论计算验证结合模式和位点。.研究端粒G-四链体构象的影响因素以及特异识别分子的准确结合位点，可以找出四链体结构抑制端粒酶的机制，进而抑制癌细胞增殖。这将为研究新型抗癌药物提供重要生物化学依据和理论基础，具有良好的应用前景。

生物体内富含鸟嘌呤碱基的序列容易形成G-四链体的特殊结构，而端粒形成的G-四链体结构可以有效抑制端粒酶的活性。因此了解端粒G-四链体的形成、转化和稳定性，以及设计与筛选出与G-四链体结构有较好结合性的化学小分子，将对抑制癌变的发生、设计新型基因选择性的抗肿瘤先导药物具有重要生物学意义。.本研究课题利用质谱发展了快速筛选与G-四链体结合小分子的方法，筛选出了多个与端粒G-四链体具有良好结合的分子，如Tel03、高三尖杉酯碱等，不仅亲和性强，并且相对双链DNA而言具有对G-四链体的选择性结合。同时，还建立了一套竞争模式下直观比较结合强弱与结合模式的质谱方法，并能通过这种竞争与否的关系帮助判断小分子结合位点。.针对四链体的结构特征设计并合成了cβ环状分子，这个分子与端粒G-四链体具有一定的结合与稳定作用。而后续研究中发现这个环状分子对于c-myb启动子区序列形成的四链体具有更好的亲和力，且相对其他几种序列形成的四链体，具有选择性结合c-myb四链体的能力，非常适合作为下一步调控c-myb基因表达的探针分子。.本课题还采用ESI-MS方法研究了六种合成与天然小分子与人类端粒RNA形成的G-四链体之间的相互作用。在六种小分子中，Tel03, Tel-En，TMPyP4与端粒RNA G-四链体的结合强度大于另三个天然小分子，进而可能对端粒结构以及端粒酶活性的调控发挥一定的作用。.为了进一步研究G-四链体的性质，本研究对象从端粒序列部分拓展到了其他体内的富G序列，筛出一个环状天然分子小檗胺。其与(GGA)8四链体具有最高的亲和性，且相对于其他四链体DNA有一定的选择性结合，可能成为针对这个特殊构象G-四链体的探针分子。.本研究还结合圆二色谱、离子迁移质谱等技术对端粒G-四链体构象受退火条件和小分子的影响进行了实验。结果表明退火使得四链体A4由反向平行构象转变为正向平行构象；两个顺铂类小分子Pt(terpy)比Pt(dien)对四链体有着更具特异性的结合，且结合后都导致端粒四链体向反向平行结构转化。.综上，本研究以质谱手段为主进行检测，确定G-四链体构象和结合位点，这项工作在国际上也具有一定的领先性与开拓性，是目前在抗肿瘤、抗病毒领域以核酸为靶标的具有发展潜力的课题。