电喷雾质谱研究核酸链的组装及空间结构特征

• 作 者: 国新华 曹艳伟 高尚 严玉婷
• 机 构: 吉林大学化学学院,长春市前进大街2699号,130012
• 出 处: 第34届(2016)中国质谱学会学术年会
• 发表日期: 2016年9期
• 关键词: i-motif结构 G-四链体 核酸分子组装 电喷雾质谱

　　核酸碱基之间不仅可以通过Watson-Crick碱基配对形成经典的双螺旋结构,而且可以通过其他类型碱基间相互作用形成多种多样的结构。例如：富含鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)的核酸序列可以通过G碱基和C碱基间的相互作用形成G四链和C四链(i-motif)等结构。每种核酸结构的形成不仅具有重要的生物学意义、而且作为药物作用靶点和核酸药物在抗肿瘤、抗艾滋病等方面也有广泛的应用。此外,近30年的研究显示：DNA分子由于其碱基配对的多样性和结构聚合的可控性,是构建生物大分子和纳米材料非常好的结构单元。人们已经通过控制化学和物理环境调控核酸分子的组装、制作了分子机器和DNA分子探针[1]。然而,在探索核酸结构与功能之间的关系和深入开发核酸超分子结构应用的同时,如何由核酸序列预测其结构以及如何精确地组装核酸超分子结构是研究人员目前面临和需要解决的问题。电喷雾质谱技术由于软的离子化方式和精确测定复合物化学计量的长处,已经在研究复杂体系中非共价复合物组分之间相互作用方面显示特殊优势。我们课题组以质谱技术(MS)为核心,结合圆二色谱(CD),紫外光谱(UV),荧光光谱(FL)以及聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)等实验手段研究了核酸序列之间在特定条件下的相互作用及核酸二级结构[主要包括DNA双链和四链(G-四链体和i-motif)]的结构特征和组装过程。首先,我们利用电喷雾质谱和紫外熔化温度实验研究了末端碱基对四分子i-motif结构形成和稳定性的影响：用电喷雾质谱我们成功地观察到四分子i-motif结构的形成,以及形成过程中产生的双分子和三分子中间体,为这种四分子结构逐链聚合的过程提供了有力证据[2]；之后,我们又利用质谱结合荧光光谱技术区分了由互锁和堆积方式形成的双分子G-四链体结构,及形成互锁式结构序列影响因素[3]；此外,我们利用质谱技术研究了相同碱基序列的组装及互补碱基序列之间的相互作用竞争条件。我们的研究显示：在酸性以及高浓度阳离子(K+,Na+,NH4+等)存在下,互补的富C和富G的核酸序列各自以四链形式存在,而在中性溶液中,互补序列易于形成双链结构。研究中的一个重要发现是：改变C重复单元以及G重复单元的长度能有效诱导同源C链之间以及同源G链之间自组为四链结构[4]。目前,我们正在开展将质谱手段与荧光技术结合起来,探究不同类型G-四链体结构的特点,我们尝试揭示G-四链体中碱基堆积方式与荧光发射谱图的关系；同时,我们还研究了d(XGmXCnX)and d(XCnXGmX)(X=A,T；m