以G-四链体DNA为靶标的新型笼状芳基钌(II)配合物的设计、合成及生物活性研究

The rational design of new DNA-binding functional complex that selectively recognize specific sequences that provides an effective approach for development of novel anticancer drugs. Guanine-rich DNA sequences can adopt a noncanonical structure called the G-quadruplex, which has shown the biological significance as potential anticancer target. And the use of small molecules that promote the formation and/or stabilize G-quadruplex structures has become attractive approaches in anticancer drug discovery. Based on the G-quartets are electron-rich aromatic structures, we plan to design new arene ruthenium cages which are constructed from planar main ligand and bridging-ligands together with arene ruthenium as the joint point. The chief distinguishing features of the complex is positively charged with the ligands are large π-aromatic surfaces, which will be beneficial to the selectivity binding to the G-quadruplex. We are going to focusing on the study of structure-activity relationships between complexes and G-quadruplex. Further we will investigate the interaction between complexes and AS1411, which is an ant proliferative G-rich phosphodiester oligonucleotide that is currently being tested as an anticancer agent in Phase II clinical trials. And the biological activities of metalla-cages, AS1411 and metalla-cages/AS1411complexes also will be explored.

设计合成特异选择性靶向核酸的功能配合物研究是探索抗癌药物的新途径之一。G-四链体DNA作为一种具有特殊二级结构的核酸，具有重要的生物学功能。靶向G-四链体小分子化合物的研究也成为当前抗肿瘤研究的热点。根据G-四链体DNA具有富电子芳香末端平面的结构特点，本项目拟设计多核笼状芳基钌(II)配合物，此笼状配合物特点一是主配体和桥联配体均为具有大平面尺寸的有机小分子，特点二是带有六个以上的正电荷，拟借此结构特点实现配合物和G-四链体之间的π-π堆积作用和静电作用，达到对G-四链体特异选择性结合的目的。致力于探讨配合物与G-四链体之间的构效关系及选择性，进一步探索设计合成的笼状配合物与AS1411（一例具有G-四链体结构的核酸，现处于临床二期研究阶段的抗肿瘤潜在药物）之间的相互作用，以及配合物作为AS1411载体的生物活性研究。

无机药物化学领域正在快速发展，尤其是有机金属配合物作为癌症的治疗和诊断试剂有很大的潜力。芳基钌配合物中芳基对抗癌活性有重要影响，并能调控配合物金属中心的热力学和动力学性能。配合物的构效关系研究，对进一步合理设计/合成具有潜在药用价值的有机金属配合物至关重要。设计合成特异选择性靶向核酸的功能配合物研究是探索抗癌药物的新途径之一。本申请项目中，一系列新型芳基钌配合物被设计合成与充分表征。利用柔性二齿配体合成了12种双核芳基钌配合物。单晶结构表明上述配合物均为反式构型，每个Ru原子均与对甲基异丙基苯、两个N和一个Cl(I)原子配位，两个配体以反式的构型与Ru原子配位，形成一个Ru2L2“椅式”结构。进行了抗癌活性测试，研究了其在水溶液中的溶解性与稳定性，研究了配合物与DNA的相互作用模式，测试了hela细胞内钌的浓度。同时研究了 [(η6-bip)Ru(en)Cl]+与GpG的相互作用，并解析了RuGpGRu的核磁溶液结构。结果显示碱基与芳基钌化合物之间的相互作用包括配位键合和pi-pi相互作用，这是首次发现非共价键作用可以使DNA的两个碱基处于头对头结构，对理解非共价键作用与抗癌机制关系及影响等有重要帮助，已被DFT计算模型结果证实。也研究了该配合物与不同链长、不同碱基序列的DNA的相互作用，结果验证了核磁溶液结构结果。也将上述结果与顺铂的抗癌机理做了对比与讨论。上述结果对理解芳基抗癌配合物抗癌机理、与DNA结合后引发碱基翻转及设计下一代高效抗癌药有重要指导作用。此外，我们使用柔性配体合成了两种新型的M2L2双核环状芳基钌配合物, 通过单晶衍射、核磁、质谱和元素分析等方法表征了它们的结构, 并用MTT法、圆二色谱和琼脂糖凝胶电泳等方法研究了抗癌活性及其与DNA的相互作用。配合物具有“椅式”构型; 两个配合物均具有一定的抗癌活性, 其中含有Cl的配合物对HeLa细胞株有较强的杀伤作用。两配合物均可使CT-DNA、PBR322质粒DNA的构象发生变化，且含Cl配合物与DNA的作用较强, 这与其抗癌活性结果相一致。