色胺修饰竹红菌素及其稀土离子配位聚合物与dna相互作用研究

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1、影像科学与光化学第３１卷第５期２０１３年９月Ｖｏｌ．３１Ｎｏ．５ＩｍａｇｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＰｈｏｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙＳｅｐｔ．，２０１３檭檭檭檭檭殐研究论文色胺修饰竹红菌素及其稀土离子配位聚合物与ＤＮＡ相互作用研究欧植泽，陈晨，高云燕，曹璐，刘桂霞，李慧珍（西北工业大学理学院空间应用物理与化学教育部重点实验室，陕西西安７１００７２）摘要：利用紫外－可见吸收光谱、荧光光谱、圆二色谱（ＣＤ）等方法研究了色胺修饰竹红菌素（ＤＴｒｐＨＡ）及其稀土离子配位聚合物（Ｙ３＋－ＤＴｒｐＨＡ，Ｌａ３＋－ＤＴｒｐＨＡ）与小牛胸腺ＤＮＡ（ＣＴＤＮＡ）和Ｇ－四链体２２ＡＧ的相互作用．结果表明，ＤＴｒ

2、ｐＨＡ及其配位聚合物中的色胺基团和竹红菌素基团均参与和双链ＣＴＤＮＡ的作用，作用方式主要为沟槽作用．与Ｇ－四链体ＤＮＡ作用后，ＤＴｒｐＨＡ及其配位聚合物中的色胺基团均具有较大的减色效应（＞４５％）和峰位红移（≥４ｎｍ），说明色胺基团与Ｇ－四链体采用外部堆积作用方式结合；而竹红菌素基团的减色效应相对较小且无明显峰位变化，表明竹红菌素基团采用非特异性作用方式与Ｇ－四链体的环区碱基或糖－磷酸骨架结合．Ｇ－四链体２２ＡＧ的构象主要为分子内反平行结构，加入ＤＴｒｐＨＡ及其配位聚合物对Ｇ－四链体２２ＡＧ的构象影响较小．Ｙ３＋－ＤＴｒｐＨＡ比ＤＴｒｐＨＡ和Ｌａ３＋－ＤＴｒｐＨＡ与Ｇ－四链体具有更强的

3、相互作用．Ｙ３＋－ＤＴｒｐＨＡ使得ＣＴＤＮＡ的熔解温度（Ｔｍ）上升了仅１．９℃，而使Ｇ－四链体的熔解温度上升了１３．１℃．荧光嵌插剂置换实验（ＦＩＤ）结果表明，Ｙ３＋－ＤＴｒｐＨＡ对Ｇ－四链体具有良好亲和性，具有较小的Ｇ４ＤＣ５０值（使噻唑橙／Ｇ－四链体体系荧光下降５０％所需配体或配合物的浓度）和较高的Ｇ－四链体选择性．关键词：配位聚合物；Ｇ－四链体；竹红菌素；抗癌药物ｄｏｉ：１０．７５１７／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－０４７５．２０１３．０５．３６１文章编号：１６７４－０４７５（２０１３）０５－０３６１－１４中图分类号：Ｏ６４文献标识码：Ａ端粒是真核细胞线性染色体末端具有（ＴＴＡＧＧＧ）

4、ｎ重复序列的富含Ｇ碱基序列，收稿日期：２０１３－０６－１８；修回日期：２０１３－０８－０４．作者简介：欧植泽（１９７０－），男，副教授，主要研究配位聚合物的合成及应用，通讯联系人，Ｅ－ｍａｉｌ：ｏｕｚｈｉｚｅ＠ｎｗ－ｐｕ．ｅｄｕ．ｃｎ，电话：０２９－８８４３１６７７；高云燕，通讯联系人，Ｅ－ｍａｉｌ：ｇａｏｙｕｎｙａｎ＠ｎｗｐｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．３６１檭檭殐檭檭殐影像科学与光化学第３１卷３６２在细胞分化、ＤＮＡ复制和维持染色体稳定中起着非常重要的作用［１］．正常细胞中端粒长度随着ＤＮＡ的复制而缩短，当端粒缩短到临界长度时细胞开始凋亡．但癌细胞中独有的端粒酶可以保持端粒长度而使得癌细胞能够

5、无限繁殖．在Ｎａ＋、Ｋ＋等一价阳离子存在条件下，（ＴＴＡＧＧＧ）ｎ序列中的Ｇ碱基通过Ｈｏｏｇｓｔｅｅｎ氢键作用连接形成Ｇ－四分体，并进一步堆积形成Ｇ－四链体结构［２，３］．端粒酶对端粒ＤＮＡ引物的识别是其链状结构而非特异序列，Ｇ－四链体的形成改变了其链状结构，因而不能被ＲＮＡ模板识别，从而抑制了端粒酶活性的表达，也阻碍了与端粒相关的蛋白质对其靶分子的正常识别，从而达到促进肿瘤细胞死亡的作用［４］．以Ｇ－四链体ＤＮＡ为抗癌药物作用靶点对化合物进行筛选和结构设计是寻找新型抗癌药物的一个重要途径［５］．配位聚合物是由多齿配体与金属离子配位形成的金属－有机超分子网络结构，在受限的纳米空间里可获

6、得金属离子、配体等构建单元之间的协同作用［６，７］．使得配位聚合物作为功能材料在气体吸附与分离、主－客体超分子化学等领域得到了蓬勃发展［８，９］．由于配位聚合物具有良好的生物兼容性，作为药物或药物载体是配位聚合物研究领域的一个新的发展方向［１０－１２］．配位聚合物可通过静电相互作用［１３］、扦插作用［１４－１６］或沟槽结合［１７］等方式与双链ＤＮＡ相互作用．ＤＮＡ与配位聚合物形成的复合物具有优良的光、电性能，可组装成具有特定功能的纳米器件［１８－２０］．到目前为止，有关配位聚合物与Ｇ－四链体的相互作用的研究很少．Ｇ－四链体靶向化合物的结构设计主要考虑到增强化合物与Ｇ－四分体平面的π－π

7、堆积和与环区碱基或磷酸骨架之间相互作用［２１，２２］．色胺或色胺酸基团能与ＤＮＡ碱基进行π－π堆积作用，进而稳定多肽与ＤＮＡ形成的复合体［２３］．异质性细胞核酸蛋白（ｈｎＲＮＰ）和牛朊蛋白（ＢＰｒＰ）与Ｇ－四链体作用时，其色氨酸的吲哚环与Ｇ－四分体可进行π－π堆积，而赖氨酸侧链可与Ｇ－四链体具有较强的静电相互作用，使得这些蛋白质能够很好地识别Ｇ－四链体［２４，２５］．色胺修饰竹红菌素及其Ｙ３＋、Ｌａ３＋金属离子配位聚合物（Ｍ－ＤＴｒｐＨＡ）具有