正电荷修饰的非标记核酸荧光探针的研究及其在中药抗肿瘤研究中的应用
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摘要
核酸是生命存在和得以延续的最根本和最关键的物质，是储存、复制和传递遗传信息的主要载体，在生长、遗传、变异等一系列重大生命现象中起着决定性的作用。因此，对核酸的性质、结构及其与各种物质分子间的相互作用等方面研究对揭示生命现象背后的根本原因具有关键性意义。基于此，本论文主要探索建立一种可以通过与核酸分子发生作用的，同时可以检测核酸分子构象发生改变与否的一种检测和分析核酸等生物大分子的新方法。
荧光分子探针能够将分子识别的信息转换成荧光信号为外界所感知，具有诸如最高可达单分子检测的高灵敏度，能够实现开关操作，对亚微粒具有可视的亚纳米空间分辨能力和亚毫秒时间分辨能力，原位检测(荧光成像技术)以及利用光纤进行远距离检测等众多优点。比率荧光信号更优于荧光强度响应信号，提高了灵敏度，同时引入自动校准功能，可实现定量检测[1]。本课题就是主要通过建立一种离子型含芘的荧光探针，并且通过非标记的形式考察其与核酸等生物大分子的作用。进而应用于与核酸有关的生命物质的检测及抗肿瘤机制的探索。
综上，我们开展了如下几个方面的相关工作：
1.合成了一种含芘的小分子荧光探针（PQA），测试了芘荧光探针的紫外-可见光谱、荧光光谱、三维光谱、核磁等获得了相关的数据，为以后的核酸相关检测打下基础。
2.建立聚阴离子高分子模型模拟核酸的性质，通过不同浓度聚阴离子高分子与芘荧光探针（PQA）作用考察芘荧光探针的荧光检测效果。
3.研究芘荧光探针（PQA）同核酸作用的荧光光谱，分别考察了寡核苷酸链的浓度、长度、构象等因素对诱导芘荧光探针（PQA）产生激基缔合物谱峰的影响。
4.构建用于钾离子检测的生物检测器。通过诱导芘荧光探针（PQA）产生激基缔合物的寡核苷酸链碱基长度的特殊性建立了一种寡核苷酸链可以与钾离子形成G-四链体，并且通过G-四链体诱导芘荧光探针产生激基缔合物的宽峰，来进行钾离子的生物检测。
5.建立一种高通量细胞筛选模型对中药材吴茱萸进行药物跟踪活性筛选。筛选出了3个单体，并且对所筛选的单体进行了肿瘤细胞增殖活性的检测。
6.对中药成分吴茱萸胺抗肿瘤作用机制的分析，采用了紫外-可见光谱、荧光光谱和园二色旋光光谱检测吴茱萸胺对人端粒的作用机制。其中芘荧光探针为介导的荧光光谱的检测。
通过了多方面的研究测试，我们建立了以上几种生物检测器，并且可以考虑应用到核酸识别、钾离子检测、与人端粒序列相同的寡核苷酸链作用的检测等方面。所以本实验建立的芘荧光探针（PQA）表现出了非标记而成本低廉、检测快速的优点。
Nucleic acid is very important for life, which keeps, repilicates and transmitsgenetic informations through the whole life. Nucleic acid plays a main role in growth,propagation, variation and so on. Researches on the nature and structure of nucleicacid, and interactions between nucleic acid and any other molecules are significant tounveil the secreat of life. The purpor of this study is to build a new method to detectand analyze biological macromolecules by testing comformation of nucleic acidwhich would change after interacting with some probes.
Fluorescent molecular probes can convert the molecular recognition informationto the fluorescence signal which is high-sensitive to be detected. Additionally, thefluorescence signal has so many advantages such as high sensitivity, switch operation,visual submicron spatial resolution, sub millisecond time resolution, detection in situ(fluorescence imaging technology), using optical fiber to implement remote detection.Ratiometric fluorescence signal is better than fluorescent intensity response signal,which can improve the detection sensitivity and has the automatic calibration andquantitative detection functions. In this study, we synthetised a kind of pyrenefluorescent probe, and investigated its interactions with large biological molecules bynon-labeled form. And then, the pyrene fluorescent probe can be applied in biologicaldetection of living matters such as the nucleic acid and explored anti-cancermechanism.We have carried out the following work:
1. We synthesized a kind of small molecule pyrene fluorescent probe, and gainedmore relevant data such as UV-visible spectroscopy, fluorescence spectroscopy,3Dspectroscopy, nuclear magnetic spectrum.
2. We set up a polyanionic polymer model to simulate properties of nucleic acids.Effect of probe fluorescence detection was judged by investigating interactionsbetween different concentrations polyanionic molecule and pyrene fluorescence probe.
3. We analysed the fluorescence spectrum of some nucleic acids interacted withthe pyrene fluorescent probe. We detected the effect of the concentration, the length,and the conformation of oligonucleotide on inducing PQAto form spectral peak.
4. We built a kind of biological sensor to detect potassium ion. Because morethan five base oligonucleotide chain can induce pyrene fluorescent probe gathering togenerate excime, we established a kind of oligonucleotide chain that can formG-quadruplex with potassium ion. The G-quadruplex can induce pyrene fluorescentprobe gathering to generate excimer which showed potassium ion being.
5. We successfully built a high-throughput cell screening model to screen thedrug activity of the Medcinal Evodia Fruit. Three single components were extractedfrom evodia rutaecarpa by screening anti-cancer activity tests. And we detected theiranti-tumor abilities.
6. We analysised the anti-tumor mechanism of chinese medicines evodiamine.We tested how the Medcinal Evodia Fruit interact with human telomerase byUV-visible spectroscopy, fluorescence spectroscopy, and circular dichroism. Pyrenefluorescent probe was used in fluorescence spectroscopy detection.
In this study, we built several bio-detectors which can be taken into nucleicacid identification, potassium ion detecion, and telomere research. This pyrenefluorescent probe represented many advantages such as fast, non-labeled, andlow-cost.
荧光分子探针能够将分子识别的信息转换成荧光信号为外界所感知，具有诸如最高可达单分子检测的高灵敏度，能够实现开关操作，对亚微粒具有可视的亚纳米空间分辨能力和亚毫秒时间分辨能力，原位检测(荧光成像技术)以及利用光纤进行远距离检测等众多优点。比率荧光信号更优于荧光强度响应信号，提高了灵敏度，同时引入自动校准功能，可实现定量检测[1]。本课题就是主要通过建立一种离子型含芘的荧光探针，并且通过非标记的形式考察其与核酸等生物大分子的作用。进而应用于与核酸有关的生命物质的检测及抗肿瘤机制的探索。
综上，我们开展了如下几个方面的相关工作：
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2.建立聚阴离子高分子模型模拟核酸的性质，通过不同浓度聚阴离子高分子与芘荧光探针（PQA）作用考察芘荧光探针的荧光检测效果。
3.研究芘荧光探针（PQA）同核酸作用的荧光光谱，分别考察了寡核苷酸链的浓度、长度、构象等因素对诱导芘荧光探针（PQA）产生激基缔合物谱峰的影响。
4.构建用于钾离子检测的生物检测器。通过诱导芘荧光探针（PQA）产生激基缔合物的寡核苷酸链碱基长度的特殊性建立了一种寡核苷酸链可以与钾离子形成G-四链体，并且通过G-四链体诱导芘荧光探针产生激基缔合物的宽峰，来进行钾离子的生物检测。
5.建立一种高通量细胞筛选模型对中药材吴茱萸进行药物跟踪活性筛选。筛选出了3个单体，并且对所筛选的单体进行了肿瘤细胞增殖活性的检测。
6.对中药成分吴茱萸胺抗肿瘤作用机制的分析，采用了紫外-可见光谱、荧光光谱和园二色旋光光谱检测吴茱萸胺对人端粒的作用机制。其中芘荧光探针为介导的荧光光谱的检测。
通过了多方面的研究测试，我们建立了以上几种生物检测器，并且可以考虑应用到核酸识别、钾离子检测、与人端粒序列相同的寡核苷酸链作用的检测等方面。所以本实验建立的芘荧光探针（PQA）表现出了非标记而成本低廉、检测快速的优点。
Nucleic acid is very important for life, which keeps, repilicates and transmitsgenetic informations through the whole life. Nucleic acid plays a main role in growth,propagation, variation and so on. Researches on the nature and structure of nucleicacid, and interactions between nucleic acid and any other molecules are significant tounveil the secreat of life. The purpor of this study is to build a new method to detectand analyze biological macromolecules by testing comformation of nucleic acidwhich would change after interacting with some probes.
Fluorescent molecular probes can convert the molecular recognition informationto the fluorescence signal which is high-sensitive to be detected. Additionally, thefluorescence signal has so many advantages such as high sensitivity, switch operation,visual submicron spatial resolution, sub millisecond time resolution, detection in situ(fluorescence imaging technology), using optical fiber to implement remote detection.Ratiometric fluorescence signal is better than fluorescent intensity response signal,which can improve the detection sensitivity and has the automatic calibration andquantitative detection functions. In this study, we synthetised a kind of pyrenefluorescent probe, and investigated its interactions with large biological molecules bynon-labeled form. And then, the pyrene fluorescent probe can be applied in biologicaldetection of living matters such as the nucleic acid and explored anti-cancermechanism.We have carried out the following work:
1. We synthesized a kind of small molecule pyrene fluorescent probe, and gainedmore relevant data such as UV-visible spectroscopy, fluorescence spectroscopy,3Dspectroscopy, nuclear magnetic spectrum.
2. We set up a polyanionic polymer model to simulate properties of nucleic acids.Effect of probe fluorescence detection was judged by investigating interactionsbetween different concentrations polyanionic molecule and pyrene fluorescence probe.
3. We analysed the fluorescence spectrum of some nucleic acids interacted withthe pyrene fluorescent probe. We detected the effect of the concentration, the length,and the conformation of oligonucleotide on inducing PQAto form spectral peak.
4. We built a kind of biological sensor to detect potassium ion. Because morethan five base oligonucleotide chain can induce pyrene fluorescent probe gathering togenerate excime, we established a kind of oligonucleotide chain that can formG-quadruplex with potassium ion. The G-quadruplex can induce pyrene fluorescentprobe gathering to generate excimer which showed potassium ion being.
5. We successfully built a high-throughput cell screening model to screen thedrug activity of the Medcinal Evodia Fruit. Three single components were extractedfrom evodia rutaecarpa by screening anti-cancer activity tests. And we detected theiranti-tumor abilities.
6. We analysised the anti-tumor mechanism of chinese medicines evodiamine.We tested how the Medcinal Evodia Fruit interact with human telomerase byUV-visible spectroscopy, fluorescence spectroscopy, and circular dichroism. Pyrenefluorescent probe was used in fluorescence spectroscopy detection.
In this study, we built several bio-detectors which can be taken into nucleicacid identification, potassium ion detecion, and telomere research. This pyrenefluorescent probe represented many advantages such as fast, non-labeled, andlow-cost.
引文
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