四鏈DNA與藥物結(jié)合模式的研究.pdf

1、晶體衍射實(shí)驗(yàn)和核磁共振成像實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，一些富含鳥嘌呤的DNA單鏈內(nèi)部或多條DNA單鏈之間可以相互結(jié)合，形成一種富含鳥嘌呤的四聚體結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)被稱為四鏈DNA，構(gòu)成該形式DNA的單層鳥嘌呤結(jié)構(gòu)叫做G四聚體。在每個G四聚體中，鳥嘌呤的堿基可以與相鄰堿基配對并通過多個氫鍵相互連接，使其在近似生物細(xì)胞環(huán)境下能夠保持穩(wěn)定。
　　通過分析大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究人員發(fā)現(xiàn)四鏈DNA結(jié)構(gòu)廣泛分布在人體基因組的一些重要的基因調(diào)節(jié)區(qū)，比如基因啟動子、基

2、因體以及非翻譯區(qū)。最重要的，在染色體的末端（端粒）上，同樣存在這種四鏈DNA結(jié)構(gòu)。Balasubramanian研究小組最近的研究結(jié)果顯示端粒處的四鏈DNA僅有比較低的占有率(25％)，但是這部分四鏈DNA卻引起了人們廣泛關(guān)注。
　　研究人員對端粒上的四鏈DNA結(jié)構(gòu)的興趣逐步提高，其原因是一些研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)提高G四聚體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性可以抑制端粒酶對端粒結(jié)構(gòu)的修復(fù)和延長作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，一些配合基與四鏈DNA相互作用時，可以起到端粒酶

3、抑制劑的作用，而85％的癌細(xì)胞生長和擴(kuò)散都依賴于端粒酶作用下端粒的持續(xù)生長，因此四鏈DNA被認(rèn)為是未來抗癌藥物研究的潛在靶點(diǎn)，而識別四鏈DNA并能起到抑制劑作用的藥物研究也逐步升溫。
　　目前在臨床治療中廣泛使用的抗癌藥為蒽環(huán)類化合物阿霉素和正定霉素。這兩種藥物均作為化療藥物在市場上出現(xiàn)。阿霉素和正定霉素分子均有一個蒽環(huán)和一個糖基組成，主要作用機(jī)理為藥物分子通過嵌入到癌細(xì)胞DNA的內(nèi)部，阻止DNA的轉(zhuǎn)錄與復(fù)制，并最終造成癌細(xì)胞的死

4、亡。
　　2003年Clark團(tuán)隊(duì)通過晶體X射線衍射方法首次測得了平行四鏈DNA與藥物正定霉素相互結(jié)合的復(fù)合物結(jié)構(gòu)。衍射圖像顯示，所有的藥物分子均結(jié)合在四鏈DNA的頂端，通過π-π相互作用和G四聚體的堿基相結(jié)合。他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果揭示了第一種四鏈DNA的識別模式:頂端結(jié)合模式。那么頂端結(jié)合模式是否是四鏈DNA唯一的識別模式，雙鏈DNA中其他的識別模式是否可以在四鏈DNA中存在，這些問題都尚未解答。
　　為了解答這些問題，我們對四

5、鏈DNA和藥物分子的結(jié)合過程進(jìn)行了分子動力學(xué)模擬。模擬在水環(huán)境下進(jìn)行，初始狀態(tài)下四鏈DNA和藥物分子相互獨(dú)立。分析模擬所得到的軌跡，我們發(fā)現(xiàn)除了得到與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相似的頂端結(jié)合模式之外還有新的結(jié)合模式出現(xiàn)，我們稱其為稱作凹槽結(jié)合模式。為了驗(yàn)證這些結(jié)合模式的穩(wěn)定性并消除藥物分子的影響，我們又以兩種結(jié)合模式的代表結(jié)構(gòu)為初始構(gòu)型進(jìn)行了100ns的模擬。
　　本文一共分為四章。第一章介紹了本論文的研究背景及意義。第二章為模擬系統(tǒng)的簡單介紹并詳