新型双核发光铱(Ⅲ)配合物的设计、合成及其在转录因子检测中的应用研究

The current project is aimed at the study for the design and syntheses of novel dinuclear luminescent Ir(Ⅲ) complexes and their applications in the simple, rapid, highly sensitive and selective, high-throughput and real-time monitoring of trace transcription factors (TF) in complex biological samples. Firstly, the dinuclear Ir(Ⅲ) complexes connected by amphiphilic flexible chains, will be designed and synthesized to enhance the non-covalent and electrostatic interaction between the complexes and G-quadruplex DNA, hence to strengthen the binding ability and stereo structure recognition ability of the target Ir(Ⅲ) complexes. The relationship between their structures and their G4 selectivity will then be studied to lay a theoretical basis for high-throughput development of G4 probes. Subsequently, based on DNA aptasensing techniques, nulceic acid hybridization reaction, enzyme-assisted cycling method, and so on, employing the developed novel G-quadruplex-selective Ir(Ⅲ) complexes, to achieve G-quadruplex-based label-free sensing strategies for TF assay. The dependence of TF-related diseases on the level of TF is investigated in detail. This project would provide some new methods and techniques for the early diagnosis of TF-related diseases. Some innovative research results are also expected with the execution of current project.

本项目拟开展新型双核发光铱(Ⅲ)配合物的设计、合成及其在转录因子检测中的应用研究，实现复杂生物体系中痕量转录因子简便、快速、高灵敏、高选择性和高通量适时分析检测。设计合成以双亲型柔性链连接的双核铱(Ⅲ)配合物，以增强配体与G-四链体末端间的非共价作用和静电驱动力，提高配体与G-四链体的亲和力和空间结构识别能力。探索G-四链体选择性探针的结构规律，为高通量设计合成G-四链体探针提供理论依据。利用性能优异的双核发光铱(Ⅲ)配合物G-四链体探针，基于核酸适体技术与核酸杂交识别原理，发展信号识别与放大新技术，建立转录因子传感新方法。通过探索转录因子表达水平及活性与发育异常、激素反应异常和癌症等疾病发生、发展之间的关联，以期为转录因子相关疾病的早期诊断提供新方法和新技术，具有重要的科学研究意义，有望获得具有一定特色的创新性研究成果。

在基于G-四链体（G4）的免标记荧光检测中，性能优异的G4探针决定着检测平台的灵敏度。本项目的第一个代表性工作是根据已报道的具有G4选择性的单核铱(III)配合物，设计合成了一例结构新颖的双核铱(III)配合物。经研究发现，双核铱(III)配合物Din Ir(III)-1能非常有效的识别G4 DNA。因此，配合物Din Ir(III)-1被用于建立一个免标记的基于G4的检测平台用于有机磷农药的检测。实验结果表明，当涕灭威浓度在0.5~25 μg/L时，反应体系的发光信号与涕灭威浓度呈现良好的线性关系y=-15.39x+383.2，相关系数R2=0.994。利用该策略得到的涕灭威的检测限为0.37 μg/L（S/N=3）。此外，通过该策略构建的荧光生物传感器能够成功检测生姜样品或湖水样品中的农药含量。因此，本实验提出的G4选择性探针Din Ir(III)-1可用于食品安全或环境监测领域的农药残留分析。第二个代表性的工作是根据已开发的双核铱(III) G4选择性探针Din Ir(III)-1，设计合成了一系列新型双核铱(III)配合物。经过筛选，发现代码为5的配合物能非常专一的识别劈裂式G4 DNA。因此，配合物5被用于建立一个免标记的基于劈裂式G4的检测平台用于分析转录因子NF-κB p50。在0.05~1 nM的浓度范围内，发光强度与NF-κB p50的浓度具有良好的线性关系y=207.14x+70.885，相关系数R2=0.9922。NF-κB p50的检出限估计为0.027 nM（S/N=3），与几种已报道的发光或电化学TFs检测平台相当甚至更优。此检测方法还能用于被稀释了的人血清蛋白中NF-κB p50的检测。研究成果中发现的系列双核铱(III) G4探针性能优异，能用于建立超灵敏的荧光检测平台，在免标记荧光分析领域意义重大，为扩充G-四链体选择性探针数据库做出了一定贡献。针对生物体系过程中特殊意义的转录因子进行检测，建立高灵敏度、高选择性的普适性分析方法，对于发育异常、激素反应异常和癌症等疾病的早期诊断和预防具有重要的意义。