探针诱导的富含鸟嘌呤DNA结构折叠及调控研究

作     者：高恒 

作者单位：浙江师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邵勇

授予年度：2021年

学科分类：0710[理学-生物学] 071010[理学-生物化学与分子生物学] 07[理学] 

主      题：G-三链体开关 纳米组装 异喹啉生物碱 氧化还原 pH 

摘      要：DNA是储存、复制和传递遗传信息的主要载体,核酸的碱基序列将结构信息编码到生物聚合物中,多元性的结构与蛋白相互作用调节细胞生物活性。DNA结构的稳定性受不同因素的影响,如碱基对的数量、碱基的性质、离子强度、桥接双链的协同效应、离子以及分子底物的嵌入等。本论文主要阐述了探针分子与DNA相互作用促进了DNA结构的折叠与调控,从而构建出DNA开关和纳米组件。DNA开关是一种超分子核酸组合,在适当的诱导因子(如pH值、金属离子、配体、光子和电刺激)存在下,两种不同的状态之间进行循环、可逆的转换。本文选用了天然小分子作为探针,以含有三个G束的DNA为研究对象,我们分别开发了基于天然药物小分子的核酸开关和纳米组件。1.K耐受及pH触发的G-三链体(G3)开关通过pH诱导一个平面分子在亚胺式与烷醇胺式之间的可逆转换,调控G3结构的开关。我们探究了凝血酶适配体的3’截短序列(TBA-3t G)与异喹啉生物碱(血根碱,SG)的作用。我们利用SG的互变异构特性,使用亚胺式SG作为调节因子,在pH 4.9时,SG与TBA-3t G表现出高度的结合特异性,这种特异性结合能够触发TBA-3t G折叠形成反平行G3结构。然而,在pH 8.6时,调节因子转化为烷醇胺形式SGOH,G3结构相应的解离。通过pH值的循环,实现G3开关的可逆调控。我们发现调节器的平面性对于构建G3开关格外重要,此外,超分子主客体包封可用于调节pH触发的G3开关。最后,我们发现G3开关也可以使用光酸作为pH调节剂进行光控。2.pH、氧、过氧化氢诱导的G-三链体(G3)纳米组装通过使用pH、氧、过氧化氢成功构建G3纳米组件,并实现良好的可逆性。在这项工作中,我们发现一种天然生物碱血根碱可以作为一种有效的配体,能够可逆地切换二聚体G3的组装/解离。配体的平面度是实现这种转换的关键因素。更重要的是,pH、亚硫酸盐、氧和过氧化氢可以作为共同调节器,通过配体在特征形态之间转换来实现G3组装/解离的循环。这项工作首先展示了更高阶的G3组装。由于调控因子普遍存在于活细胞中,这将为G3生物传感器的开发开辟新的途径,并能引起人们对SG生物活性的广泛关注。