手性调控G-四链DNA生物功能及其在抗肿瘤中的应用

Guanine-rich DNA can fold into unique chiral and polymorphic G-quadruplex structures. G-quadruplex participates in several key biological events, and thus is a promising drug target for cancer and other diseases. Specific recognition and functional regulation of G-quadruplex DNA is a hotspot and remains great challenging worldwide. In this project, we set out to systematically study chiral recognition of G-quadruplex DNA using enantiomeric metallo-supramolecular complexes, and explore the chiral selective effect of enantiomers, thus, further explain the relationship between enantioselectivity of metallo-supramolecular complexes on G-quadruplex and their biological activities. We will design and synthesize a series of metallo-supramolecular complexes bearing triple helix structure and build a small library of chiral metallo-supramolecular complexes. The complexes that can specifically target G-quadruplex DNA would be screened out from this library and then investigate their chiral recognition mechanisms. Finally, the better screened complexes will be further used in vivo for treatment of cancer, and then the relationship between their chirality and anti-cancer effectiveness would be verified. The project will provide new insights into design and development of chiral drugs for cancer treatment.

富G DNA序列能够形成独特的手性多构型四链DNA结构。G-四链DNA在体内参与调节一系列重要的生理过程，与癌症等疾病的发生密切相关，是潜在的抗癌靶点。G-四链DNA的特异性识别和功能调控是国际公认的研究热点与难点。本项目以手性识别为核心，系统考察手性金属超分子化合物对G-四链DNA的手性识别与功能调控，探究镜像金属螺旋对映体的手性生物学效应，降低药物试剂毒副作用，并阐释螺旋手性结构与其生物活性之间的关系。拟利用设计合成系列二核三螺旋手性金属超分子化合物，探索手性金属螺旋超分子合成的新方法，构建小型的手性金属螺旋超分子库，筛选能够高效特异性识别G四链DNA并具有抗肿瘤功能的超分子化合物，阐明其手性识别机制，并将其用于活体抗肿瘤治疗，明确金属螺旋自身手性与其抗癌效果之间的关系，为发展高效特异手性抗癌药物提供新思路。

生物分子的手性识别和特异调控与疾病的发生和治疗密切相关，是解决癌症、阿尔兹海默症等重大疾病的关键、共性科学问题。在该项目的支持下，课题组利用多学科交叉的优势，以手性调控为核心，围绕“重大疾病相关的生物分子的生物功能调控”开展系列工作，分别从DNA、蛋白、多糖以及人工酶等方面开展系统研究，已实现对G-四链体DNA、阿尔兹海默症病变Aβ蛋白以及D-型聚糖等生物分子及其功能的手性调控，为相关疾病的药物设计及诊疗提供新思路。（1）设计合成了系列新型金属螺旋超分子，构建了国际上首个小型的手性超分子库。筛选出对G-四连体有手性、构象选择性的金属螺旋，实现细胞内G-四连体的手性选择性、构象选择性成像及其生物学功能调控。（2）利用金属螺旋实现对映选择性靶向和调节阿尔兹海默症（AD）病变蛋白Aβ聚集的功能，并可改善三重转基因AD模型小鼠的认知功能，进一步阐释了螺旋手性结构与其生物活性之间的关系。（3）设计合成多种手性选择性调控AD病变蛋Aβ的试剂，实现手性调控Aβ聚集并用于AD检测、诊断及治疗。（4）在基于生物正交的D-型聚糖标记以及手性前药合成领域也开展系列工作。将细胞膜包裹技术与代谢糖工程技术结合起来，构建了天然癌细胞膜伪装的仿生载体，用于癌细胞选择性的D-型聚糖标记及癌细胞亚型的鉴别。在手性前药合成方面，首次利用生物正交反应，在小鼠体内原位合成了手性模型药物-布洛芬，有效减轻模型小鼠脚的炎症反应。（5）构建多种新型多功能的手性纳米酶，探究了手性在纳米酶催化过程中的机制。