中科院NatureCommunications新文章

　　近日来自中国科学院长春应用化学研究所的研究人员发表了题为“Insights into the biomedical effects of carboxylated single-wall carbon nanotubes on telomerase and telomeres”的论文，在新研究中调查了羧化单壁碳纳米管对端粒酶和端粒的生物医学效应。相关成果公布在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上。

　　领导这些研究的是曲晓刚研究员，其早年毕业于中科院长春应化所，从事化学与生物学交叉研究领域，主要研究方向包括生物分子构象与功能调控;药物与靶分子间作用机制;生物体系电子传递、生物电化学等。

　　端粒是位于真核生物线性染色体末端的由DNA和蛋白质组成的复合物结构，它对于基因组的完整性以及染色体的稳定性发挥着至关重要的作用。由于人类端粒DNA长度以及其结构的维持与细胞衰老和癌症发生密切相关，成为了目前生物学、化学和药学等领域的研究热点。人体端粒DNA富含G和C单链可分别形成 G-四链体(G-quadruplex)和i-motif四链体结构。它们与端粒酶活性、着丝粒DNA、RNA夹层结构等有直接关系,且可作为药物的靶点

　　纳米管在基因治疗、膜分离及药物载体等方面都显示了潜在的应用前景，利用纳米管选择性稳定富含胞嘧啶端粒序列为生物学应用提供了新思路。在以往的研究中，曲晓刚课题组利用化学修饰及生物化学和生物物理方法，结合波谱学手段，证实羧基化单壁纳米管(SWNTs)可显著提高富含胞嘧啶的人类端粒序列稳定性;但不影响富含鸟嘌呤人类端粒序列的稳定性。羧基化纳米管可阻止双链形成并选择性诱导富含胞嘧啶的人类端粒序列形成“i-motif”四链结构。 SWNTs是第一种可以选择性稳定人类端粒i-motif的配体。然而，由于i-motif结构的不稳定及缺乏特异的结合药物，目前仍然不清楚SWNTs 对端粒i-motif的稳定效应是否会影响端粒酶的活性。

　　在这篇文章中，研究人员证实了SWNTs可通过稳定i-motif结构来抑制端粒酶活性。i-motif和伴随的G-quadruplex持久存在导致了端粒脱帽以及端粒结合蛋白从端粒处移除。端粒的功能失调触发了DNA损伤反应，并引起了p16和p21蛋白上调。

　　该研究第一次证实了SWNTs可以在癌细胞中抑制端粒酶活性，并干扰端粒的功能。新研究结果提供了关于SWNTs的生物医学效应和i-motif DNA的生物学重要性的新认识。

　　作者简介：

　　曲晓刚

　　2002年 长春应化所稀土化学与物理重点实验室，研究员

　　应化所学术委员会副主任，吉林大学生命科学学院兼职教授

　　2006.12-2007.5 访问教授，加州大学UCSB 诺贝尔奖获得者Heeger博士实验室

　　2000-2002 美国加州理工学院 California Institute of Technology

　　诺贝尔奖获得者Zewail NSF Laboratory for Molecular Sciences

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

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

　　1989-1994 中科院长春应化所研究生，获生物电化学专业博士学位

　　主要荣誉

　　中科院“百人计划”终期考评优秀入选者(2005);

　　国家杰出青年科学基金(2002年);

　　中科院“百人计划”(2002年);

　　中科院院长奖(1995年)

　　研究领域及现状

　　从事化学与生物学交叉研究领域,主要研究方向包括生物分子构像与功能; 药物与靶分子间作用机制; 生物体系电子传递、生物电化学等

　　主要成果及贡献

　　2002 年下旬由加州理工诺贝尔奖获得者Zewail实验室回国，入选中科院“百人计划”并获国家杰出青年基金，2005年中科院“百人计划”终期考评优秀入选者。主要的学术成果：发现稀土生物小分子化合物在低盐生理条件下可使B-Z DNA可逆转化，其独特的谱学性质变化为研究Z-DNA在体内的功能提供探针; 新型设计合成的有机锗化合物对癌细胞具有很强杀伤作用，证实有机锗化合物可以嵌入DNA并抑制DNA合成，使之成为潜在抗癌药物;抗癌药物与DNA及蛋白间可发生超快电子传递; WP900识别左手螺旋Z-DNA并具有抗癌活性。科学美国人 “Scientific American”; 化学与工程新闻杂志“Chemical & Engineering News” 先后报道了这一实验结果。已申请美国ZL1项;中国ZL4项。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等国外核心期刊发表学术论文28篇，其中IF>10， 2篇;IF>6，9篇。