中科院NatureCommunications新文章

　　近日來自中國科學院長春應用化學研究所的研究人員發表了題為“Insights into the biomedical effects of carboxylated single-wall carbon nanotubes on telomerase and telomeres”的論文，在新研究中調查了羧化單壁碳納米管對端粒酶和端粒的生物醫學效應。相關成果公布在《自然通訊》(Nature Communications)雜志上。

　　領導這些研究的是曲曉剛研究員，其早年畢業于中科院長春應化所，從事化學與生物學交叉研究領域，主要研究方向包括生物分子構象與功能調控;藥物與靶分子間作用機制;生物體系電子傳遞、生物電化學等。

　　端粒是位于真核生物線性染色體末端的由DNA和蛋白質組成的復合物結構，它對于基因組的完整性以及染色體的穩定性發揮著至關重要的作用。由于人類端粒DNA長度以及其結構的維持與細胞衰老和癌癥發生密切相關，成為了目前生物學、化學和藥學等領域的研究熱點。人體端粒DNA富含G和C單鏈可分別形成 G-四鏈體(G-quadruplex)和i-motif四鏈體結構。它們與端粒酶活性、著絲粒DNA、RNA夾層結構等有直接關系,且可作為藥物的靶點

　　納米管在基因治療、膜分離及藥物載體等方面都顯示了潛在的應用前景，利用納米管選擇性穩定富含胞嘧啶端粒序列為生物學應用提供了新思路。在以往的研究中，曲曉剛課題組利用化學修飾及生物化學和生物物理方法，結合波譜學手段，證實羧基化單壁納米管(SWNTs)可顯著提高富含胞嘧啶的人類端粒序列穩定性;但不影響富含鳥嘌呤人類端粒序列的穩定性。羧基化納米管可阻止雙鏈形成并選擇性誘導富含胞嘧啶的人類端粒序列形成“i-motif”四鏈結構。 SWNTs是第一種可以選擇性穩定人類端粒i-motif的配體。然而，由于i-motif結構的不穩定及缺乏特異的結合藥物，目前仍然不清楚SWNTs 對端粒i-motif的穩定效應是否會影響端粒酶的活性。

　　在這篇文章中，研究人員證實了SWNTs可通過穩定i-motif結構來抑制端粒酶活性。i-motif和伴隨的G-quadruplex持久存在導致了端粒脫帽以及端粒結合蛋白從端粒處移除。端粒的功能失調觸發了DNA損傷反應，并引起了p16和p21蛋白上調。

　　該研究第一次證實了SWNTs可以在癌細胞中抑制端粒酶活性，并干擾端粒的功能。新研究結果提供了關于SWNTs的生物醫學效應和i-motif DNA的生物學重要性的新認識。

　　作者簡介：

　　曲曉剛

　　2002年 長春應化所稀土化學與物理重點實驗室，研究員

　　應化所學術委員會副主任，吉林大學生命科學學院兼職教授

　　2006.12-2007.5 訪問教授，加州大學UCSB 諾貝爾獎獲得者Heeger博士實驗室

　　2000-2002 美國加州理工學院 California Institute of Technology

　　諾貝爾獎獲得者Zewail NSF Laboratory for Molecular Sciences

　　1996-1999 美國 University of Mississippi Medical Center, School of Medicine

　　1995-1996 香港城大，Department of Chemistry and Biology

　　1989-1994 中科院長春應化所研究生，獲生物電化學專業博士學位

　　主要榮譽

　　中科院“百人計劃”終期考評優秀入選者(2005);

　　國家杰出青年科學基金(2002年);

　　中科院“百人計劃”(2002年);

　　中科院院長獎(1995年)

　　研究領域及現狀

　　從事化學與生物學交叉研究領域,主要研究方向包括生物分子構像與功能; 藥物與靶分子間作用機制; 生物體系電子傳遞、生物電化學等

　　主要成果及貢獻

　　2002 年下旬由加州理工諾貝爾獎獲得者Zewail實驗室回國，入選中科院“百人計劃”并獲國家杰出青年基金，2005年中科院“百人計劃”終期考評優秀入選者。主要的學術成果：發現稀土生物小分子化合物在低鹽生理條件下可使B-Z DNA可逆轉化，其獨特的譜學性質變化為研究Z-DNA在體內的功能提供探針; 新型設計合成的有機鍺化合物對癌細胞具有很強殺傷作用，證實有機鍺化合物可以嵌入DNA并抑制DNA合成，使之成為潛在抗癌藥物;抗癌藥物與DNA及蛋白間可發生超快電子傳遞; WP900識別左手螺旋Z-DNA并具有抗癌活性。科學美國人 “Scientific American”; 化學與工程新聞雜志“Chemical & Engineering News” 先后報道了這一實驗結果。已申請美國ZL1項;中國ZL4項。目前在Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.;J. Biol. Chem.;Nucleic Acids Res.; J. Am. Chem. Soc.;Chemistry & Biology; Molecular Pharmacology; J. Med. Chem.; Biophysical J.; Biochemistry等國外核心期刊發表學術論文28篇，其中IF>10， 2篇;IF>6，9篇。