引言
在核酸序列中，有多種非典型二級結(jié)構(gòu)稱為G-四鏈體(G4s)，由K+或Na+離子穩(wěn)定，通過Hogsteen氫鍵堆疊而成的G4結(jié)構(gòu)普遍存在于人類端粒和致癌基因調(diào)節(jié)基因的啟動(dòng)子中，在大多數(shù)人類癌癥中選擇性表達(dá)的許多腫瘤相關(guān)基因被發(fā)現(xiàn)參與G4折疊的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，如VEGF(血管內(nèi)皮生長因子)，它在腫瘤細(xì)胞增殖、遷移和血管生成中起關(guān)鍵作用。能夠識別并選擇性結(jié)合G4s的化合物表現(xiàn)出調(diào)節(jié)其相應(yīng)基因表達(dá)的能力。此外，小分子對活細(xì)胞中DNA G4形成的可視化和定量檢測依賴于其靶向性和選擇性響應(yīng)。常見的G4配體設(shè)計(jì)策略主要集中在設(shè)計(jì)帶正電荷基團(tuán)和具有擴(kuò)展芳香基團(tuán)的化合物上。然而，以往的研究表明，在親和力和選擇性之間存在一個(gè)平衡，即增強(qiáng)化合物對G4s的親和力往往會導(dǎo)致選擇性的降低。對于金屬配合物的設(shè)計(jì)策略是利用金屬的氧化還原和配位狀態(tài)激活其G4結(jié)合活性。然而，高選擇性G4金屬配體的設(shè)計(jì)仍然面臨著巨大的挑戰(zhàn)。 成果簡介 近日，中山大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院教授毛宗萬在《Angew. Chem. Int. Ed.》上發(fā)表了題為“Selectivity and Targeting of G-quadruplex Binders Activated by Adaptive Binding and Controlled by Chemical Kinetics”的研究論文。在這篇論文中，作者在此報(bào)道了一種不帶電荷的非平面結(jié)構(gòu)的鉑(II)化合物Pt1，Pt1能迅速轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)正一價(jià)平面結(jié)構(gòu)，并智能結(jié)合G4s。采用核磁共振(NMR)方法，對Pt1與VEGF-G4的絡(luò)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解析。通過時(shí)空動(dòng)力學(xué)控制實(shí)現(xiàn)了Pt1與G4-DNA的選擇性結(jié)合。結(jié)果表明，VEGF基因表達(dá)在體內(nèi)外均得到有效下調(diào)。作者提出了的由動(dòng)力學(xué)控制的適應(yīng)性G4選擇性結(jié)合激活策略，為靶向G4或類似生物分子的化合物提供了一個(gè)互補(bǔ)的設(shè)計(jì)原則。 圖文解讀 圖1. Pt1的結(jié)構(gòu)。(a) Pt1的化學(xué)結(jié)構(gòu)。(b) Pt1的晶體結(jié)構(gòu)示意圖。CCDC 號：1919352。根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)所示，Pt1中的鉑與一個(gè)雙齒環(huán)金屬化配體(L)、一個(gè)單N-雜環(huán)卡賓配體(L')和一個(gè)氯離子配位?？赡苁怯捎诳ㄙe的環(huán)張力，導(dǎo)致卡賓配體的氮供體不與鉑中心配位。 圖2. Pt1與VEGF-G4的1:1復(fù)合物溶液結(jié)構(gòu)(PDB編號：6LNZ)。(a) VEGF-G4的折疊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。(b) VEGF-G4和Pt1的一維1H NMR的滴定譜圖，新出現(xiàn)的峰用紅色星號標(biāo)記。(c) 1:1 Pt2?VEGF-G4復(fù)合物的示意圖。(d-e) VEGF-G4 3'端適應(yīng)性綁定口袋的俯視圖。 圖3. Pt1結(jié)合VEGF-G4的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)數(shù)據(jù)。(a) Pt1的適應(yīng)性結(jié)合和動(dòng)力學(xué)過程示意圖。(b) Pt1結(jié)合不同G4s (Tel26, wtTel26, VEGF, c-MYC, c-KIT, Bcl2)和dsDNA(ds26)的動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(k1為Cl-解離速率常數(shù)，k2為氮原子結(jié)合速率常數(shù))。條件：pH 7.4, 100 mM KClO4, 10 mM Tris-HCl, Tm = 25°C。(c) Pt1結(jié)合不同G4s和dsDNA的k1和ΔTm (FRET親和力測試)。 圖4. VEGF功能調(diào)控。(a) FLIM實(shí)驗(yàn)。用10 μM G4探針(NBTE)和Pt1處理Hela細(xì)胞24 h。G4峰的下降證明Pt1進(jìn)入細(xì)胞核并與G4結(jié)合。(b-c) qRT-PCR和Western blot實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，Pt1能有效降低Hela細(xì)胞中VEGF mRNA的轉(zhuǎn)錄和VEGF蛋白水平。(d) Pt1效抑制斑馬魚血管生長的成像實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Pt1能有效抑制斑馬魚血管生長，表現(xiàn)為紅色熒光降低。以順鉑為對照。誤差值代表標(biāo)準(zhǔn)差，n=3。 總結(jié)與展望 在本研究中，Pt1與VEGF-G4的智能交互是一種適應(yīng)性識別模式，這種策略激活并增強(qiáng)了它們的結(jié)合。在報(bào)道的G4/G4配體復(fù)合物中G4結(jié)構(gòu)基本不變或在結(jié)合過程中略有變化。Pt1配合物是電中性的非平面鉑(II)配合物，不符合經(jīng)典的G4配體具有大芳香平面結(jié)構(gòu)。Pt1與啟動(dòng)子G4s相互作用過程發(fā)生了兩個(gè)結(jié)構(gòu)變化過程：1) Pt1由自由旋轉(zhuǎn)的氮雜環(huán)卡賓結(jié)構(gòu)變?yōu)榉€(wěn)定的平面結(jié)構(gòu)。2) Pt1通過Cl-水解，從中性絡(luò)合物變成帶正電荷的絡(luò)合物Pt2。通過調(diào)控結(jié)合動(dòng)力學(xué)，該鉑化合物可以選擇性地與G4-DNA結(jié)合，具有不尋常的適應(yīng)性激活和增強(qiáng)結(jié)合。該鉑化合物能有效降低VEGF表達(dá)，抑制血管生長，達(dá)到有效的抗腫瘤活性。Pt2- VEGF-G4復(fù)合物結(jié)構(gòu)是啟動(dòng)子VEGF-G4上第一個(gè)小分子復(fù)合物結(jié)構(gòu)，為闡明結(jié)合決速步和構(gòu)效關(guān)系提供了有價(jià)值的結(jié)構(gòu)信息。這種通過動(dòng)力學(xué)調(diào)控實(shí)現(xiàn)選擇性結(jié)合的策略可以建立并應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。 文獻(xiàn)鏈接 團(tuán)隊(duì)介紹 毛宗萬，中山大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。1982年獲四川大學(xué)學(xué)士學(xué)位；1991年獲南京大學(xué)碩士學(xué)位；1994年獲南京大學(xué)博士學(xué)位；1995-1996年在中山大學(xué)作博士后研究；1997-1998年在德國埃爾蘭根-紐倫堡大學(xué)作洪堡訪問學(xué)者。研究方向?yàn)榻饘倜附Y(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系及其模擬、疾病診斷試劑及金屬藥物等。已在國內(nèi)外各類雜志上發(fā)表論文50余篇，獲專利1項(xiàng)。獲省部級科技成果獎(jiǎng)勵(lì)1項(xiàng)。 編輯：韓嬌娜 審核：王苗 推送：章振華
