G-四链体DNA与石房蛤毒素相互作用机理研究

The inhibition effect of saxitoxin (STX) on G-quadruplex DNA formation can be utilized for the construction of DNA based STX detection system. However, the interaction mechanism between STX and G-qudruplex DNA is not clear. Therefore, in this project, we prepare to study the interaction between STX and G-quadruplex DNAs with different strengths and layers. The conformational switches are monitored by circular dichroism spectroscopy (CD). The thermodynamics and kinetics are studied by isothermal titration calorimetry (ITC) and stop-flow spectroscopy to deduce the order of reaction, Gibbs free energy and interaction site numbers. The interaction sites are inspected through nuclear magnetic resonance (NMR) and electrospray ionization mass spectrometry (ESI-MS) to explore the interaction mechanism. Through the above studies, we mean to obtain the influence rule of STX on G-quadruplex conformation and design DNA sequence as STX recognition element in future sensor preparation. In all, our project will not only explore the interaction mechanism between STX and DNA sequences rich in guanine bases but also will lay foundations for STX sensing system construction.

石房蛤毒素（saxitoxin，STX）对DNA的G-四链体结构形成的阻碍作用可作为构建基于DNA的检测STX传感体系的重要手段，然而，STX与G-四链体之间的相互作用机理尚需探讨。本项目拟选取具有不同强度和层数的G-四链体与STX作为研究对象，通过圆二色谱研究STX对G-四链体形成过程构象转变的影响；利用等温滴定微量热法和驻留分光光度计研究STX对G-四链体形成过程热力学和动力学的影响，探究结合反应级数、相互作用Gibbs自由能、作用位点数等；利用核磁共振和电喷雾质谱进行作用位点研究，并探讨STX与G-四链体相互作用机理。利用STX对G-四链体构象转变的影响规律，设计针对STX检测的DNA识别元件。通过此项研究，不仅可以探究富含鸟嘌呤的DNA序列与STX之间的相互作用机理，亦可对检测STX的传感体系的设计提供理论基础。

石房蛤毒素是一种低剂量快速作用毒素，其无色无味、耐高温耐酸性，普通的烹饪加工条件均不能破坏其结构，对食品卫生与安全威胁最大。前期研究表明其结构与DNA碱基结构类似会影响G-四链体结构的形成。在本项目中，我们研究了DNA与石房蛤毒素适配体间的相互作用，以此为基础构建针对石房蛤毒素的传感器。由于毒素量少固体毒素较难获得，我们通过构建微量传感器以实现对微量变化的宏观反映，降低机理研究及实验方法探究中毒素的使用量。在这种思路下，我们利用DNA链替换反应构建DNA分子机器、利用静电作用和位阻效应设计响应方法、以SPR效应将微观的变化以颜色、谱图吸收峰的变化展现，提高检测的可视化。通过这些工作，我们研究了DNA与石房蛤毒素间的相互作用机理，利用相互作用构建针对毒素的传感器，在机理研究中利用概念对信号进行放大设计，为针对石房蛤毒素的DNA生物传感器的应用提供理论和研究基础。