小分子化合物作为Z-DNA探针及诱导剂的设计合成与生物活性研究

核酸在生物体内呈现极大的弯曲和柔性，能以多种不同构象存在,其中唯一一种左手双螺旋DNA，即Z-DNA的发现及相关研究是对核酸结构及功能研究的重要发展。Z-DNA由于其结构特殊，生物功能复杂多样且在体内处于不稳定状态，近期又发现Z-DNA的形成可能与癌症有关，因此关于它的研究一直是分子遗传学的热点。近年来化学遗传学的方法用于生物体研究为Z-DNA的研究带来了新的思路，小分子化合物作为探针研究Z-DNA成为新的方向。用化学的方法设计和合成小分子探针来研究DNA的二级结构成为又一种快速简便的方法。目前报道的Z-DNA的小分子探针及诱导剂仍然有限，我们希望通针对Z-DNA特有的构象，特殊的形成及稳定因素设计与Z-DNA亲合力强且立体选择性高的分子，并且通过修饰使之具备能对Z型构象诱导稳定且产生明显响应信号，从而为Z-DNA的形成，检测，调控及性质研究提供依据。

核酸是一类重要的生物大分子，是遗传信息的储存者和传递者。作为遗传物质，不仅仅是碱基顺序体现其功能，一些特殊的二级结构对于核酸功能的调控也有着极其重要的作用。Z-DNA是目前生物体内存在的唯一一种左手螺旋DNA，其与转录水平密切相关，对基因调控、染色体的重组、核小体的排列有着重要的作用。Z-DNA，由于其特殊的糖苷键构象和糖环构象所带来的特殊性质，使得对其结构功能的研究和调控，一直以来存在较多的挑战。尤其是对Z-DNA的诱导和稳定，长期以来，能在较低盐浓度下，对G/C交替核酸序列以外的DNA序列产生有效诱导和稳定作用的小分子化合物少有报道。本项目所设计的一个金属钌配合物在这方面有了较大突破，能在25mM NaCl 低盐浓度下诱导B-DNA向Z-DNA的转变，并且不局限于G/C交替的核酸序列。并且，我们发现此化合物在较高浓度下能进入细胞核，与细胞基因组DNA相互作用，与此同时，我们还在此钌配合物的基础上，进行了进一步的结构修饰，尝试与生物素、邻苯二酚等结构单元相连，用于交联及富集。此外，我们还研究了Z-DNA这种特殊二级结构与胞嘧啶表观遗传修饰之间的关系，发现胞嘧啶5-羟甲基化修饰会抑制B型到Z型的转化，而5-醛基化及5-羧基化胞嘧啶修饰会促进B型到Z型的转化。这个发现对DNA表观遗传修饰相关研究有重要意义。除了Z-DNA相关研究，我们还在核酸相关其他方向进行了拓展，包括设计一些新的基于核酸的探针体系，用于检测重要生物靶标。