糖杯芳烃基因载体ggc[]的合成及性能研究

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1、糖杯芳烃基因载体GGC[4]的合成及性能研究第41卷第4期2007年12月华中帅范人(自然科学版)joURNAIOFHUAZH()NGNORMAIUNIVERSITY(Nat.Sci.)Voi.41NO.4Dec.2007文章编号:1000—1190(2007)04—0574—04糖杯芳烃基因载体GGC[4]的合成及性能研究田德美,李海兵(华中师范大学化学学院农药与化学生物学教育部重点实验室,武汉430079)摘要:设计并制备了一种新的具有分子探针功能的主体分子型非病毒载体双子糖杯芳烃主体分子(G(c[4]),应

2、用透射电子显微镜(TEM)观测到主体分子GGC[4]与DNA分子相互作用形成超分子纳米复合物的微观结构形态.体外细胞转染实验表明其具有较高的转染效率.本研究为设计制备新的非病毒基因载体提供了一种新途径.关键词:糖杯芳烃;非病毒基因载体;凝胶电泳;透射电子显微镜中图分类号:0631.1文献标识码:A发展安全,稳定,高效的基因载体是关系到基因治疗能否实现临床应用的核心问题之一.基因载体包括病毒载体和非病毒载体.病毒载体转染效率高,但由于存在安全隐患(包括免疫原反应以及病毒自我复制的风险)和复杂昂贵的制备过程等缺陷,限

3、制了其在临床治疗中的应用.病毒载体的不足促使人们致力于发展非病毒载体,如阳离子脂质体,阳离子高分子及其它与机械或电子相关的物理传递系统,其中生物相容的阳离子高分子基因载体在安全,免疫原反应和致突变方面优越于病毒载体,受到人们的广泛关注].但是上述非病毒载体不利的生物分布以及低效的胞内转运,导致其介导DNA转染效率较低],因而设计新型非病毒载体,提高载体的转染效率成为当前非病毒载体研究领域的热点之一【.病毒是由蛋白质与感染性核酸组装形成的,具有核一壳结构的天然超分子组装体,尤为重要的是病毒中仅含有单个DNA或RNA

4、分子,且外层还包有脂类和糖蛋白的被膜,使之易进入宿主细胞中.受此启发,人们发展了人工病毒基因传递体系.2003年,Aoyama等合成了新型的含有糖簇的间苯二酚类杯[4]芳烃,在水溶液中自组装形成4rim的胶束,这种纳米胶束再组装压缩质粒DNA可获得高效的纳米基因传递体系.糖杯芳烃类型基因载体中的重要组成部分——糖类在生命体内细胞识别和调控过程中扮演了重要的角色.有证据表明,含有多个糖单元,能形成"糖簇效应"的分子对蛋白质和DNA等生命大分子具有较强的络合识别能力E6].因此,为了获得更多的生命过程中分子信息和构建

5、生物模拟模型,化学家们设计合成基于不同主体分子的多种糖簇分子,这其中包括糖一杯芳烃.由于将糖单元引入到杯芳烃特别是在上缘苯环骨架上存在一定的难度,因此关于糖一杯芳烃合成工作的报道相对较少.Ungaro等报道了首例通过c—O键连接的上(下)缘糖一杯[4]芳烃l8],此后,又有文献报道了一些基于不同反应(Suzuki偶联反应],Wittg反应口._等)连接的糖一杯芳烃,其中也包括糖一间苯二酚类杯芳烃[5].相对于糖一杯芳烃的合成来说,研究糖一杯芳烃与生命大分子相互作用的工作则更是少见.目前,糖一杯芳烃型基因载体的研究

6、仅仅处于起步阶段,大量相关研究有待深入,例如这类载体结构和转染效率之间的关系尚不清楚;糖一间苯二酚类杯芳烃的合成极为冗长和繁琐,且总产率很低(7左右)l5;通过非共价键组装形成Aoyama糖一杯芳烃基因载体还存在体系不稳定,特别在体内受到各种生理因素的调理,易发生解聚等问题.上述问题大大限制了其进一步的研究和应用.因此,通过设计合成结构简单,稳定,高效的糖一杯芳烃型基因载体及其生物学评价来探讨糖～杯芳烃载体的构效关系,有助于认识该类载体介导DNA转染的作用机理和作用方式.近年来双子表面活性剂的研究发展为设计新型糖

7、一杯芳烃基因载体提供了新的思路…].双子表收稿日期:200704—30.基金项目:国家自然科学基金资助项目(20602015,20772038);湖北省青年杰出人才基金(2007ABB017);武汉市青年晨光计划(200750731283).*通讯联系人.Email:tiandm@mail.CCrlL1.edu.cn.第4期田德美等:糖杯芳烃基因载体GGCL4J的合成及性能研究面活性剂是指由刚性或柔性间隔基联接两条含有亲水头基的疏水长链的一种超级两亲分子u.与传统表面活性剂相比,双子表面活性剂具有很小的临界胶束浓

8、度(cmc),较高的表面活性,较强胶体组装能力且胶体在很大的pH范围内都比较稳定,易调控合成等性质.其这些特点为设计稳定,高效的糖一杯芳烃型载体提供了新的思路.本文以高产合成的双子糖杯芳烃(GGC[4])作为具有探针功能的主体分子,研究探讨其作为基因载体与DNA的相互作用及其介导DNA体外转染研究.1实验部分1.1仪器DYY一4C型电泳仪,DYCp一31C型电泳槽(北京市