模拟核酸适体分子探针的构建

新的分子探针，尤其是小分子探针的构建是近年化学和生物学领域富有挑战性的课题和研究热点。核酸适体特异性强、亲和力高，可体外筛选然后化学合成制备，已成为分子探针的一个重要发展方向。但由天然核苷酸构成的核酸适体易被酶降解、与核酸结合蛋白非特异结合、不能自由通过细胞膜，因此难以用于生物样品的直接测定和活体成像分析。核酸适体特异识别主要是通过分子内折叠形成与靶分子相契合的三维空间结构来实现，其中直接参与结合的往往只有几个碱基。基于此分子识别机理，申请者拟以碱基或碱基衍生物为基本识别单元，结合框架分子与连接分子，模拟核酸适体结合位点区域碱基的空间分布，从而构建和筛选模拟核酸适体的小分子探针，以克服核酸适体的缺点。研究拟从现有适体的简化和改造、现有适体的分子模拟以及组合化学筛选三个层次进行。希望建立新的构建和筛选小分子探针的方法学平台，制备出高效的小分子识别探针用于活体或活细胞的原位动态分析。

新的分子探针的构建是近年化学和生物学领域富有挑战性的课题和研究热点。核酸适体特异性强、亲和力高、可体外筛选、可化学合成，已成为分子探针的一个重要发展方向。但由天然核苷酸构成的核酸适体也存在一些缺点，如易被酶降解、与核酸结合蛋白非特异结合、不能自由通过细胞膜，难以用于生物样品的直接测定和活体成像分析，因此需要对核酸适体进行改造和发展非天然的模拟核酸适体。基于此本课题开展了如下研究：核酸适体的筛选、结构简化与改造及识别机理研究；基于核酸碱基及其类似物的分子探针的设计及识别机理等的研究；以及开展了组合化学筛选模拟核酸适体小分子探针研究。筛选得到了系统素、玉米素和烷基胺类化合物的核酸适体分子；对这些核酸适体进行了简化、结构改造和结合机理的研究，并发展了相应的分子探针用于这些靶标的检测。通过碱基替换构建了汞离子调控的链霉亲和素核酸适体分子。阐明了核酸G-四链体结构的过氧化物酶活性机理以及失活机理；发现正平行G-四链体结构对肿瘤细胞普遍的识别特性。设计合成了系列的核酸碱基类似物；以这些分子分别构建了特异性识别锌与镉离子的分子探针、发展了新的对pH具有比例型响应的荧光团以及可同时检测细胞内外pH值的荧光探针、合成了新的具有激发态分子间质子转移和分子内电荷转移特性的荧光发色团并实现了氟离子的特异性识别。建立了基于核酸适体的蛋白质配基筛选方法，发现腺苷与链霉亲和素以及亲和素特异性结合的特性。