抗癌槲皮素金属配合物选择性结合survivin启动子的机理研究

细胞凋亡抑制因子-Survivin对癌细胞的生长起重要作用，但Survivin基因的转录表达依赖于Sp1与survivin启动子GC区的特异性作用。由于它特异性表达于胚胎发育组织以及多数癌细胞，所以通过竞争抑制Sp1对survivin启动子的结合来抑制survivin的转录表达有望成为一种开发癌症治疗策略的新途径。本项目在前期研究的基础上，拟采用组合QM/MM计算方法和组合QM/MM分子动力学模拟方法，针对槲皮素金属配合物与survivin启动子GC区的结合特性和断裂性质进行理论研究；采用免疫细胞化学方法针对槲皮素金属配合物对癌细胞凋亡相关基因表达的影响进行实验研究。从而阐明槲皮素金属配合物结合和裂解DNA的序列选择性机理，明确配合物结合survivin启动子的序列选择性与其抗癌活性的关系，建立基于特异性靶向survivin启动子的抗癌药物发现策略，为筛选高效低毒靶向抗癌药物提供理论依据。

很多与肿瘤细胞凋亡相关基因如Survivin和Bcl-2的启动子富含GC序列，这些基因的转录表达依赖于Sp1与富含GC的survivin启动子的特异性作用。为了阐明槲皮素金属配合物的DNA结合作用与其抗肿瘤活性的关系，本项目采用密度泛函计算方法研究了槲皮素金属配合物的电子结构，采用分子模拟技术研究了槲皮素金属配合物与富含GC和富含AT序列DNA的结合作用，进一步采用免疫组化实验研究研究了槲皮素金属配合物对癌细胞凋亡相关基因表达的影响。DFT计算结果表明槲皮素金属（Mn, Co, Ni, Cu, Zn）配合物的LUMO轨道能量明显低于DNA碱基对片段HOMO轨道的能量，表明具有较低LUMO能量的槲皮素金属（Mn, Co, Ni, Cu, Zn）配合物能插入DNA碱基对之间，产生π-π作用。基于建立的抗癌药物蒽环类抗生素与DNA结合的研究模型，分子模拟结果进一步表明，槲皮素金属配合物的一个配体利用其苯并吡喃环（A环和C环）的平面性插入到DNA碱基对之间，而另一个配体契合到DNA的小沟，发生了较强的小沟结合作用，而且A环上的7-OH会伸向溶液，可能与其他DNA分子或拓扑异构酶发生结合作用，而显示较强的抗肿瘤活性。结合自由能计算表明槲皮素Mn(II), Ni(II), Zn(II)配合物具有较大的DNA结合能力及较好的GC序列选择性。这是因为槲皮素金属配合物与DNA结合包括三种作用：(i) 苯并吡喃环与DNA碱基的π-π作用；(ii) 金属离子与DNA的静电作用；(iii) B环与DNA的小沟结合。免疫组化实验验证了槲皮素Mn(II), Ni(II), Zn(II)配合物抑制了HepG2细胞的bcl-2和survivin的表达。因此我们认为槲皮素金属配合物的能倾向于结合到富含GC序列的survivin和bcl-2的启动子，能竞争性抑制Sp1蛋白与之结合，从而抑制survivin和bcl-2的表达。我们的研究结果为设计高效低毒抗肿瘤药物提供了一种新思路，即改造极性基团增加小沟结合作用提高GC序列选择性，以及在离DNA远端增加一个柔性基团，提高多靶点效应。