富G核酸特异结构的组装与特性研究

论文摘要

以DNA分子为材料组建纳米级尺度药物和机械,或作为编码其它纳米到微米尺度蛋白质功能器件模板的研究,逐渐使人们认识到核酸分子不仅仅是生命的遗传密码,更因为其具有的变性-复性与分子识别等特性而能够更广泛地应用于纳米医药与纳米材料等领域。生物体内的核酸具有结构多形性,除了通常双链DNA的反平行螺旋结构之外,某些特定的DNA序列还能够形成三链、四链或Holliday十字等特异结构。富G核酸序列广泛存在于真核生物中,具有重要的生物相关功能;近来还发现富G核酸能够组装形成更长程有序的导线类结构,预示出其在纳米材料组建等非生物学领域的应用前景。本文以富G-DNA序列形成的特异结构为研究对象,考察了其特异结构的组装特性及影响因素,从而为将来与G-四链体相关的DNA纳米材料在癌症治疗、基因药物以及纳米机械等广泛研究领域的应用奠定基础。本文通过应用圆二色谱（CD）与紫外光谱（UV）等仪器,研究了离子种类、溶液pH值等因素对不同富G序列及其相应互补序列的影响规律,对由特异富G序列形成的分枝形导线状结构的鉴定方法作了进一步的改进,并通过透射电镜（TEM）对寡核苷酸在溶液中形成结构的表观形貌进行了表征。结果表明,K+,Na+,Mg2+离子对普通G-四链体的形成具有重要影响,但所稳定的结构对离子种类具有选择性;而pH值主要影响富C核酸序列的特异结构I-motif的形成。而分枝形导线状核酸结构对离子种类的选择性相对较弱,但是离子的存在能够明显促进结构的稳定,尽管它们展现出不同寻常的构象热稳定特性,但是很容易为互补序列的加入而破坏。此外,通过TEM对其中连续四重富G单元的核酸序列形成的G-四链体结构进行的形貌表征,验证了由光谱方法得出的其分子内折叠的结构特征。

论文目录

• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 端粒富G 核酸的研究进展
• 1.1.1 富G 核酸序列存在的广泛性
• 1.1.2 富G 端粒序列的G-四链体结构
• 1.1.3 人类端粒序列的四链体结构
• 1.1.4 真核生物端粒序列的特征
• 1.1.5 端粒DNA 的结构模型
• 1.2 非端粒富G 核酸的研究进展
• 1.2.1 非端粒的富G 核酸的生物来源
• 1.2.2 G-四链体结构受阳离子种类的影响
• 1.2.3 G-四链体结构的研究进展
• 1.2.4 分枝形导线状的富G 核酸结构
• 1.3 富G 核酸特异结构的表征
• 1.3.1 富G 核酸结构的一般检测方法
• 1.3.2 核磁共振法检测G-四链体
• 1.3.3 X-射线结晶实验
• 1.3.4 非变性凝胶电泳实验
• 1.3.5 热力学与动力学的测定实验
• 1.3.6 量热实验
• 1.4 G-四链体的生物相关性
• 1.4.1 端粒结合蛋白
• 1.4.2 端粒酶
• 1.4.3 其它端粒末端蛋白
• 1.4.4 RNA 分子的G-四链体结构
• 1.4.5 特异分解G-四链体结构的端粒酶
• 1.5 论文工作的提出
• 第二章 实验仪器样品与实验方法
• 2.1 实验仪器设备与样品试剂
• 2.1.1 实验仪器
• 2.1.2 实验试剂与核酸样品
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 DNA 样品的准备
• 2.2.1.1 核酸浓度的测定
• 2.2.1.2 离子缓冲溶液的配制
• 2.2.1.3 实验前样品的退火
• 2.2.2 富G 核酸结构的测试方法
• 2.2.2.1 核酸的紫外变性-复性实验
• 2.2.2.2 核酸构象的CD 光谱实验
• 2.2.2.3 核酸构象的CD 变温实验
• 2.2.2.4 核酸结构的透射电镜实验
• 第三章 G-四链体的组装结构研究
• 3.1 阳离子对G-四链体结构的影响
• 3.1.1 离子种类对序列T4G4 形成四链体结构的影响
• 3.1.2 离子种类对序列T2G4 形成四链体结构的影响
• 3.1.3 阳离子稳定的分子间平行四链体构象
• 3.1.4 分子间平行G-四链体构象的热稳定性
• 3.2 分枝形导线状核酸结构
• 3.2.1 分枝形导线状核酸结构的特性
• 3.2.2 离子种类对分枝形导线状结构的影响
• 3.2.3 分枝形导线结构与普通G-四链体结构的对比
• 3.2.4 T3 序列的平行-反平行构象
• 3.2.5 离子种类对核酸结构热稳定性的影响
• 3.2.6 小结
• 3.3 溶液pH 值对核酸特异构象的影响
• 3.3.1 pH 值对富C 序列形成构象的影响
• 3.3.2 pH 值对富G 序列形成构象的影响
• 3.3.3 小结
• 3.4 透射电镜对G-四链体的结构形貌表征
• 3.5 本章小结
• 第四章 分枝形导线状核酸结构的特性研究
• 4.1 普通G-四链体构象的热稳定性
• 4.1.1 分子间结合G-四链体的热稳定性
• 4.1.2 分子内折叠G-四链体的热稳定性
• 4.2 分枝形导线核酸的热稳定特性
• 4.2.1 热稳定性的测量方法
• 4.2.2 钾溶液中AG1 构象的热稳定特性
• 4.2.3 钠溶液中AG1 构象的热稳定特性
• 4.2.4 镁溶液中AG1 构象的热稳定特性
• 4.2.5 无离子溶液中AG1 构象的热稳定特性
• 4.2.6 互补序列影响及分枝导线结构与平行分子间四链体的区别
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表论文情况
• 致谢