作用于dna拓扑异构酶的抗癌药研究

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1、作用于DNA拓扑异构酶的抗癌药研究作用于DNA拓扑异构酶的抗癌药研究作用于DNA拓扑异构酶的抗癌药研究作用于DNA拓扑异构酶的抗癌药研究作用于DNA拓扑异构酶的抗癌药研究作用于DNA拓扑异构酶的抗癌药研究作用于DNA拓扑异构酶的抗癌药研究…:卷:酶’l一～¨作用于DNA拓扑异构酶的抗癌药研究军事医学科学院邑—里综述夏寿萱审校R77罗.』摘要近年丰,以DNA拓扑异构酶为靶分子设计喜类抑制剂,用作抗癌药物的研究异常活跃,代表着肿瘤化疗的又一新方向.本文在夼姆DNA拓扑碡髓能的基础上,对其抑制剂的作用方式

2、,抗癌机制,以厦疗效评价进行7阐述和讨论.DNA拓扑异构酶(DNAtopoiso—merases,简写Topo)最初自大肠杆菌中发现,后被证实在生物界普遍存在,它催化超螺旋DNA的解旋反应,是直接参与或影响DNA复制,转录,以及细胞分裂时同源染色体分离的重要酶类.该酶的这一特性为以其抑制剂作为抗菌,抗病毒及抗癌药物的研究提供了理论依据].本文仅就抗癌药方面的研究进展作一综述.生理功能与生化特性DNA的拓扑异构现象,是指DNA分子在双螺旋的基础上更高层次的结构紧张状态与松弛状态,即超螺旋状态与解旋状态

3、之间的相互转换过程,其中不发生碱基组成或颠序的任何改变.DNA拓扑异构酶是催化这类转换反应的酶,超螺旋的解旋是复制与转录前的必要准备,除了缓解张力以利于复制或转录过程的正常进行外,更重要的是暴露DNA分子中的结合位点,使参与复制或转录的各种调控蛋白发挥作用.当复制或转录完成后,亲代与子代DNA的分离别叉要求由解旋状态恢复或转变到超螺旋状态.无论真核或原核细胞内的DNA分子,天然状态时以超螺旋为主要存在形式,上述拓扑异构化过程均是发生在分子局部,并在瞬间完成的I而在体外实验中,如质粒一类的小分子DNA

4、,经拓扑酶作用后.可能会有相当的时阃停留在解旋状态.因此,对于各种来源的拓扑酶,通常都是采用小分子DNA作底物来检涮括性的].DNA分子更高层次的空间结构(或称三级结构)除超螺旋(supercoiling)gb,尚有纽结(knotting)和连环(catenating)两种形式.真核和原核细胞来源的DNA拓扑酶普遍分为两种类型,即拓扑异构酶I(TopoI)和拓扑异构酶I/(TopoI/).尽管两种拓扑酶均可催化上述三种DNA拓扑异构化的转换反应,但在催化机制,反应条件以及酶蛋自理化性质等方面却存在着

5、明显差异.TopoI的催化机制是先切开双链DNA中的一条链,使链的末端沿螺旋轴按拧松超螺旋的方向转动,尔后将切口接合,反应过程中无需能量及二价金属离子的参与fTopoⅡ利是同时切断两条链,让双链DNA从切断处穿过后,再把断离的末端连接起来,并需ATP提供能量,Mg2也是绝对必要的.此外,两种拓扑酶对细胞DNA复制的贡献也不尽相同.例如,某些TopoI基因映陷的大肠杆菌突变株,只表现了比正常菌稍慢的生长速度,提示TopoI并非细菌繁殖所必需的酶,而TopoⅡ则无论对于原核或真核细胞的DNA复制,都是不

6、可缺少的.附图上半部显示了两种拓扑酶所催化的DNA三种形式的拓扑异构化反应.目前,已纯化了包括微生物和动,植物在内的各种橱种来源的DNA拓扑酶.人TopoI的分子量约为100kDa,是一个由单拷贝基因(位于第20号染色体)编码的单亚基蛋白}TopoⅡ系由两个相同亚基组成的二囊体,分子量近170kDa,基因亦属单挎贝,位于第l7号染色体”,.其它真棱细鼍来源国外医学药学分册t或sDS卜,i———一5———Ho—y臣至『复合物恢复嘹状f转录子的恬复戋细胞死亡l=={垂}//1一.,每.7Ho—J黪DN

7、A链断裂附图DNA拓扑酶的生理功能殛抑制剂的作用的DNA拓扑酶也大都显示出与此相似的生化切开单链或双链DNA后,酶蛋白与末端特性与遗传背景.DNA非共价结合形成一种暂时性的易解离复抑制剂作用与抗癌机制应该指出的是,DNA拓扑酶抑制剂的抗癌机制并非由于抑制该酶的催化活性,而是通过阻断酶与DNA反应的最后一步,即单链或双链DNA在切口部位的重新接合而实现的.鉴于这一区别,现已将此作用统称为拓扑酶“中毒”.正常情况下,TopoI或TopoⅡ在.合物(cleavablecomplex),在此过程中完成切口的

8、接合.具有中毒效应的抑制剂在于使这种易解高复台物趋于稳定和僵化,具体地说,或是使TopoI第723位酪氟酸与单链DNA3端的磷酸基,或是使TopoII第804位酪氟酸与双链DNA每一5末端的磷酸基形成共价键].中毒后的复合物如经修复尚有复原的可能,但着遇到碱或十二烷基硫酸992年第19卷第4期钠(SDS)之类的蛋白变性剂,就会造成复合物连同断离的DNA束端在切口处充分暴露(见附图下半部)因此,抑制剂的作用实际上是使细胞内功能正常的拓扑酶转变为导致DNA链断裂的致伤物.