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DNA是抗肿瘤药物的重要作用靶点,研究化合物与DNA的作用模式不仅对了解抗癌药物的作用机理,而且为设计更为有效的抗癌药物提供理论基础。分子模拟在这一研究领域能够发挥不可替代的作用。将分子模拟的方法用于研究DNA沟区结合化合物的结合模式和抗癌机理。以具有抗癌活性的天然中药活性成分丹参酮ⅡA为研究对象,通过荧光光谱、粘度法研究了丹参酮ⅡA与DNA的作用模式,初步证实了其沟区结合特性。通过分子对接模拟丹参酮ⅡA与DNA的结合,不仅支持了这个结论,还提供了深入的结合机理:丹参酮ⅡA结合于DNA的小沟AT富集区,呋喃氧原子由于能够与腺嘌呤N-3氮原子形成氢键而对丹参酮ⅡA与DNA的结合起到关键作用。进一步通过圆二色谱、染色质免疫共沉淀、Western Blot和流式细胞术分析证实,丹参酮ⅡA正是通过沟结合,引起DNA构象改变,导致了RNAPⅡ蛋白与DNA的结合受到抑制。随着浓度增加,丹参酮ⅡA导致RNAPⅡ蛋白磷酸化直至降解,最终激活p53,诱导凋亡。由此揭示了丹参酮ⅡA作为DNA小沟结合分子,诱导转录阻滞引发凋亡进程的分子机制,推翻了自1991年提出并长期得到认可的关于丹参酮ⅡA是DNA嵌入剂的假说,否定了呋喃邻醌产生自由基损伤DNA是丹参酮抗癌活性的分子基础的假说。结合分子模拟研究了DNA嵌入剂的结合模式和抗癌活性。以一系列具有刚性平面结构的苊并杂环类化合物为研究对象,通过紫外-可见光谱、SYBR Green-DNA熔解曲线、圆二色谱等方法,发现带有较小酯基侧链的化合物能够以其分子长轴平行于碱基对长轴的方式嵌入DNA,并使DNA构型由B型转换为A-like构型。实验结果证明空间位阻是影响这一系列化合物DNA嵌入活性的主要因素。实验结果与分子模拟的结果相符,证明分子模拟的方法可以用于DNA嵌入剂的研究。通过分析这一系列化合物结合DNA的能力与细胞毒性之间的关系,结果发现尽管这些化合物的抗癌活性不够理想,但是可以通过分子模拟进行化合物的改造,加强与DNA结合的能力,实现抗癌活性的提高。分子模拟为设计合成新的DNA嵌入剂搭建了有利的平台。本论文论证了分子模拟方法在研究DNA靶向分子与DNA结合模式及抗肿瘤活性的关系方面的可行性,不仅分别适用于DNA沟结合剂和嵌入剂的结合模式研究,而且提供重要的结合机理作为抗肿瘤的分子基础。