靶向bcl-2 mRNA G-四链体的新型氨基糖核酸嵌入剂的合成与作用机制研究

G-quadruplex has been proved to be one of the effective targets for developing novel antitumor drugs. The proposal aims to achieve novel aminosugar-intercalator conjugate with high affinity, selectivity and specificity, and subsequently use them as G-quadruplex ligands to act on bcl-2 mRNA G-quadruplex. A series of novel aminosugar-intercalator conjugates were designed on the basis of the latest released G-quadruplex-binding functions of some natural aminoglycoside, and will be synthesized via appropriate protective function group strategy. The research approach will be guided by computer-aided design to better fit the aminosugar-intercalator complexes into the targeting sequence-dependent grooves and loops, and their effective binding will be determined by the NMR and CD spectroscopy. Finally, the in vitro antitumor activity evaluation, the protein expression modulation and the plasmid construction will be helpful to conclude the SARs and explore the corresponding mechanism. Projects from this proposed research ultimately afford new and significant approach to mRNA-based G-quadruplex ligands, and seek to go beyond the evident limits of current DNA G-quadruplex ligands. This will be beneficial to provide new scientific idea for finding G-quadruplex ligand leads.

G-四链体是新型抗肿瘤药物的有效作用靶点之一。本项目针对现有G-四链体配体存在的结合亲和力不强、作用选择性不高等问题，选择bcl-2 mRNA G-四链体为靶分子，通过对天然氨基寡糖进行结构剖析，结合计算机辅助设计预测结果，设计带有氨基糖片段的新型G-四链体配体分子，选择合适的保护基策略，构建新颖的结构多样性化合物库，采用NMR和CD检测方法，确认具有高选择性识别mRNA G-四链体的作用，继而进行体外抗肿瘤活性评价，总结较为系统的构效关系。此外，通过考察Bcl-2蛋白调节作用和质粒构建相关技术，探索相应的靶向作用机制，深入讨论氨基糖片段的生物学功能。本项目为建立与mRNA G-四链体产生特异结合、充分结合和有效结合的核酸嵌入剂的发现策略提供一条科学有效的新思路。

一些糖类化合物对mRNA 与G-四链体沟区和（或）loop 具有双重选择性识别作用。本项目设计采用柔性连接策略，将糖基化合物与经典核酸嵌入剂接合，合成新型糖基修饰的核酸嵌入剂，构建具有结构多样性化合物库。在NSFC的资助下，课题项目组经过一年的研究，全面的完成了上述计划内容。以原黄素为母体化合物进行结构修饰，设计并合成了三种不同结构类型的糖基化核酸嵌入剂，共计获得35个未见文献报道的新颖化合物，其结构均经ESI-MS、1H NMR和13C NMR确证。对糖基氨基酸模块合成的关键技术，进行了工艺研究，分别采用微波辅助合成法、碘催化合成法和金催化合成法，优化了现有合成糖基氨基酸模块的条件。对24个已获得的新颖结构的糖基化核酸嵌入剂化合物，进行CD 光谱的构象研究，确认了对bcl-2 mRNA G-四链体具有较强的结合作用。采用MTT法，进行了体外对10种肿瘤细胞株抑制活性的筛选，5个化合物表现出较强的抗肿瘤活性，具有深入研究的价值。此外，受试化合物对特定肿瘤细胞株表现出较好的作用选择性。本项目为建立靶向mRNA G-四链体的先导化合物的发现策略提供了一条科学有效的新思路。