靶向核酸高级结构的荧光探针设计合成及应用研究

【摘要】：G-四链体(G-quadruplex)是由富含鸟嘌呤碱基的核酸序列在钾、钠等金属离子诱导下在溶液中形成的一种特殊的核酸二级结构。这种结构广泛的分布在人体基因组和转录组中,对基因表达、转录调控等具有重要作用。研究中新设计并合成了对G-四链体结构具有高特异性、高灵敏度识别能力的分子探针,并通过多种方法研究了其对G-四链体的识别作用,为G-四链体结构和生理功能的研究奠定了基础。此外,基于探针对G-四链体的特异性识别,构建了一款高选择性免标记的钾离子荧光检测探针。主要研究如下:1)基于硫磺素T和G-链体特异性识别探针的结构特点,结合分子模拟计算,新设计并通过一步反应合成了水溶性的荧光染料Th T-E。Th T-E分子与G-四链体相互作用时,其?G值比硫磺素T分子与G-四链体结合时更小,同时Th T-E分子中苯并噻唑环和苯胺环间的夹角更小,分子平面化程度更高,更有利于探针对G-四链体结构的特异性识别。2)通过荧光光谱、紫外吸收光谱、圆二色光谱、凝胶电泳和等温滴定量热法等方法研究了Th T-E对G-四链体的特异性识别,并比较了Th T-E和硫磺素T与G-四链体间相互作用的区别。结果表明,Th T-E探针能够与G-四链体发生强烈的相互作用,其荧光显著增强,而与其它核酸结构作用后,其荧光无显著变化。同硫磺素T相比,Th T-E对G-四链体的亲和力更高、选择性更好、对核酸的结构影响更小,更适合作为G-四链体识别探针。3)基于Th T-E分子对G-四链体和其它核酸结构的差异性响应,利用单价金属离子能够诱导鸟嘌呤碱基富裕的核酸序列形成G-四链体结构的性质,以钾离子为引发剂,DNA为识别基团,Th T-E为信号报告基团,设计了一款高选择性的钾离子浓度定量分析探针。该探针具有操作简单、特异性高、核酸免标记和样品体积小等优点,并应用于湖水和尿样中钾离子浓度分析。