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1、第32卷分析化学(FENXIHUAXUE) 评述与进展第9期2004年9月ChineseJournalofAnalyticalChemistry1256～1261小分子与核酸相互作用的研究进展31,2134吴会灵 杨 原 张重杰 何锡文1(复旦大学化学系,上海200433)2(第二军医大学药学院,上海200433)3(山西新华化工有限公司,太原030008)4(南开大学化学系,天津300071)摘 要 评述了小分子与核酸相互作用的结合模式和研究方法。引用文献59篇。关键词 小分子,核酸,相互作用,评述
2、1 引 言分子生物学和分子药理学的发展使人们能够从基因水平理解某些生命现象,并通过分子设计来寻找灵敏的核酸探针和有效的治疗药物。一方面,DNA靶向化合物成为很重要的核酸探针选择对象。另一方面,临床上使用的许多抗癌药物都以DNA为作用靶点,通过与癌细胞DNA发生相互作用破坏其结构,进而影响基因调控与表达功能,表现出抗癌活性;一些致癌物也能与DNA形成加合物,这种DNA加合物也是可能癌变的预警标志物。因此,小分子与DNA的相互作用的研究不仅有利于探索和开发新的核酸探针,而且有助于从分子水平上了解抗癌药物
3、的作用机理,阐明有毒物的致癌、致畸的分子生物学机理,为设计临床上更为有效的抗癌药物提供理论指导。2 作用方式小分子与核酸的结合区位于核酸的碱基、磷酸骨架以及戊糖环部分。核酸由平行堆积的碱基、聚合的阴离子磷酸骨架以及两条核苷酸链形成的大沟、小沟组成了小分子的识别位点。作用方式主要有3种:非共价键结合、共价键结合和剪切作用。非共价键结合又可分为表面结合(Outsidebinding)、沟槽结1,2合(Groovebinding)和嵌插结合(Intercalationbinding)3种模式(图1)。一般认
4、为表面结合的小分子作用于DNA双螺旋结构的外壁,无选择性。沟槽结合是与核酸的大沟或小沟的碱基对边缘直接作用,大分子蛋白质结合于DNA的大沟槽中,而大多数小分子则是在小沟槽区作用。小沟槽内是A·T富集区,小分子通过与胸腺嘧啶碱基C22上的羰基氧或腺嘌呤碱基N23上的氮形成氢键与A·T碱基结合。嵌插结合是小分子中的平面成分嵌入核酸的碱基之间。因为小分子的结构不同,嵌插剂又可细分为单嵌插3剂和双嵌插剂。与非共价键结合作用相比,小分子与DNA的共价键结合的序列特异性识别能力要强的多。共价键结合的小分子多表现为
5、链内交联或链间交联,与特定碱基作用形成加和物,使核酸双链解旋且产生弯曲。3 研究方法人们采用多种现代实验手段如紫外可见吸收光谱、线二色光谱、圆二色光谱、荧光光谱、拉曼光谱、傅里叶转换红外光谱、核磁共振、质谱、电化学、微量热、电泳及粘度等方法从不同角度对小分子与核酸之间的作用进行了广泛的研究。3.1 紫外可见吸收光谱法紫外可见吸收光谱是研究小分子与核酸相互作用的一种最方便、最常用的技术。小分子与核酸的相互作用会引起吸收带的红移(蓝移)现象或增色(减色)效应。吸光度减小、吸收带红移以及等吸收点4的形成是小
6、分子与DNA发生嵌插作用的光谱标志。热和碱的作用可破坏DNA双链螺旋结构,使双链变成单链,吸光度A260增大。小分子与DNA结合2002211211收稿;2004202217接受本文系国家自然科学基金(No.29975014)资助项目第9期吴会灵等:小分子与核酸相互作用的研究进展1257后会给这种变性带来影响,进而可考察小分子与DNA的作用方式。嵌插作用对DNA的双螺旋结构起稳定作用,可导致熔链温度Tm值增大5～8℃,而5非嵌插作用的小分子不会使Tm值增大如此明显。6Ganesh等报道了阳离子表面活性
7、剂与寡聚核苷酸作用后A260随温度的变化曲线为双sigma曲线,由此推断阳离子表面活性剂首先通过静电作用与寡聚核苷酸结合,然后在疏水力的驱动下以协作方式结合于相同的寡聚核苷酸上,从而使溶液中同时存在两种寡聚核苷酸,即自由和与表面活性剂结合的寡聚 图1 小分子和DNA的作用模式核苷酸,最终导致出现两个熔链温度。跟踪小分子Fig.1Thebindingmodesbetweensmallmoleculeandde2与DNA作用前后A260随pH值的变化情况,也可判断oxyribonucleicacid(DN
8、A)小分子与DNA之间的作用方式。文献7研究了Ge2132与DNA的相互作用,在Ge2132不存在的情况下,DNA碱变性的pHb为12127,变性后增色26%;而在Ge2132存在下,DNA碱变性的pHb增大为12.90,变性后增色14%,因此初步判断:Ge2132以嵌插方式与DNA发生了作用。3.2 线二色光谱和圆二色光谱线二色光谱(LD)采用与固定光轴方向平行或垂直的平面偏振光,能快速区分经典的嵌入结合、沟8槽结合和表面结合模式,并能获得小分子结合在
