作者:任劲松等 来源:《化学通讯》 发布时间:2011-1-19 10:02:14
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小分子配体与核酸识别研究获进展

通俗地说,分子靶向治疗是在细胞分子水平上,针对明确的致癌位点(肿瘤细胞内部的一个蛋白分子,或一个基因片段)来设计药物,药物进入体内会选择致癌位点来释放,从而达到杀死肿瘤细胞又不波及正常组织细胞的目的。所以,分子靶向治疗又被称为“生物导弹”。
 
在国家自然科学基金重点项目、重大研究计划、国家杰出青年科学基金及中科院知识创新重大计划的资助下,中国科学院长春应用化学研究所稀土资源利用国家重点实验室任劲松课题组在小分子配体与核酸的识别、调控及功能应用研究方面取得新突破,其研究成果受英国皇家化学会《化学通讯》邀请,撰写特写(feature article )并以封面形式报道。
 
纳米世界的DNA弹簧
 
现代医学科学技术的快速发展,使人们对肿瘤的认识已跨过器官形态,深入到细胞、分子和基因水平。人们对肿瘤诊断和治疗技术逐渐向细胞学、分子生物学乃至基因组学分类诊断和治疗的方向纵深发展。与此同时,随着材料科学、计算机技术、数字成像技术的飞速发展,生物医学工程技术学与临床肿瘤学诊疗技术的结合越来越紧密,从而诞生了许多肿瘤靶向治疗技术。
 
“我们的研究目标主要是以核酸为靶子,对药物进行筛选和疾病治疗。”任劲松说,“我们设计的DNA弹簧也是基于核酸的构形变化,用它做药物的载体,进行药物运输、释放,让药物到达我们希望它到达的地方。”
 
任劲松从事的研究领域是我国急需加强的新型学科,主要研究方向包括小分子对大分子的识别、蛋白质筛选及核酸、蛋白质化学等,也包括抗癌、抗艾滋病、抗病毒药物的筛选及作用机制。她在小分子与核酸相互作用方面的研究已开展了几十年,其目的是探索小分子的设计策略,能够识别特异核酸序列从而控制基因表达。许多可与核酸相结合的小分子已通过临床成为治疗药物。
 
受弹簧伸缩特性的启发,任劲松等人设计构建了一个可自由伸缩的DNA弹簧。
 
“这种DNA弹簧就是进入纳米世界中,用DNA做一个弹簧。我们常见的弹簧是靠外力(如改变拉力的大小)来改变弹簧的伸缩。DNA 弹簧可以利用调节酸碱度来控制弹簧的伸缩。平常的弹簧如果受力过大,就有可能超过它的伸缩极限,它就变形缩不回去了,而DNA弹簧没有这方面的问题。用它可以有效地搬运蛋白,纳米物质等,在药物运载及功能器件方面有着广泛的应用前景。”任劲松说。
 
让小分子“认清”特殊DNA
 
尽管目前研究报道的靶向给药载体较多,但真正用于临床且取得确定疗效的并不多。因为体外实验的肿瘤细胞与体内的肿瘤细胞在生物学行为、对药物的敏感性、受体内外环境的影响程度上有所不同,且许多人体肿瘤有异质性,同一肿瘤内部的不同细胞对治疗反应也不一样,癌细胞株获得药物方式的不同都会影响疗效的评价。
 
另外,靶向治疗还受肿瘤血管、载体专一性、肿瘤大小与给药剂量、机体是否产生针对载体的抗体等多种因素影响。因此,设计、合成小分子来选择性地结合DNA、RNA的指定位点是当今世界一个极为活跃的研究领域。该课题组利用一种新型的以生物热力学为基础,快速有效的竞争平衡透析法(competition dialysis),设计、合成和筛选对核糖核酸,脱氧核糖核酸的序列和结构具有特殊的识别功能的小分子,合理优化设计以特殊DNA、RNA序列为目标的高效抗癌药物、HIV药物,为以微机为基础的新药设计学提供科学依据。
 
任劲松介绍说,研究小分子与核酸(包括DNA、RNA)相互作用的最终目的之一是探索小分子的设计策略,能够识别特殊核酸序列结构从而抑制基因表达。虽然DNA主要以右手双股螺旋形式存在,但在一些特殊区域,DNA可以单股螺旋,多股例如三股或四股螺旋形式存在。除此之外,因序列和溶液环境不同,双股螺旋DNA还可以二级结构存在,包括正常的B构像,A构像及左手Z构像等,这些特异结构很可能在控制基因表达方面起着重要的作用。
 
“现在很多抗癌药物都以DNA或基因为靶点,不同的DNA 有不同的构像和结构,这种不同的构像和结构就决定了小分子对它们的识别方式是不同的,就需要具有专一性和独特性的小分子。”任劲松说。
 
据介绍,蛋白质与蛋白质、蛋白质与其他分子的相互作用是生物调控的基本单元,对于理解生物调控机制具有重要意义。探索多股螺旋核酸结构及其与小分子的相互作用是一个研究热点。以端粒为例,它是真核细胞染色体的末端序列,其功能是保持染色体的稳定性,阻止染色体的相互融合,使基因DNA序列能够完整地进行酶复制,它与细胞的癌变、衰老、抗衰老有关。化合物如能与端粒中的四股螺旋DNA底物相结合,将会阻止DNA打开,使其无法进行正常的复制从而可选择性地抑制端粒酶的活性。这样的小分子将成为潜在的治疗试剂。(来源:科学时报 张双虎)
 
 
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