DNA拓扑异构酶Ⅰ和Ⅱ的结构特性及抑制剂的研究进展DNA拓
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DNA拓扑异构酶Ⅰ和Ⅱ的结构特性及抑制剂的研究进展
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DNA复制需要哪些酶：聚合酶、解旋酶(解链酶、拓扑异构酶)、连接酶……
DNA指导下的DNA合成，是一个复杂、有序的酶促反应过程，涉及几十种酶和因子参与。1.DNA聚合酶polymerase1956KornbergDNA-polＩ3-OH534dNTPMg2+DNAtemplateprimer53533570年代初又从大肠杆菌分离出DNA-polⅡ和polⅢ。polⅡ无5′→ 3 ′外切酶活性。polⅢ是大肠杆菌主要的DNA聚合酶，其全酶由10种亚基组成，α、ε、θ组成核心酶，α亚基具有5′→ 3′方向合成DNA的催化活性，ε亚基具有3′→ 5′核酸外切酶的活性，起校对作用。DNA polⅢ为异二聚体，使DNA解开的双链可同时进行复制。这种复杂的亚基结构使其具有更高的忠实性、协同性和持续性。2.topoisomerasehelicase环状DNA的三级结构（超螺旋）存在拓扑异构体，“拓扑”一词原意是指物体做弹性移位而又保持不变的性质。DNA复制时必先要解旋和解链，拓扑异构酶对DNA分子兼有内切酶和连接酶的作用，有Ｉ型和Ⅱ型。前者可切断双链中的一条链，使解旋中不致打结（适时又把切口封闭，DNA呈松弛态，这过程不耗能）。后者在无ATP供能时，可同时切开超螺旋状态DNA的两条链，使其松弛，然后将切口封闭（用于分离复制后的两个子环）。在利用ATP时，该酶可使松弛态的DNA变成负超。 ATP2ATPreprep35533.primaseDNA聚合酶没有催化两个游离dNTP聚合的能力，而RNA聚合酶依靠模板可酶促游离NTP聚合，生成的一段短RNA引物提供3′- OH末端供dNTP加入、延长。所以，解开双链并不是马上进行复制，先以模板脱氧核苷酸序列，按碱基互补原则合成一小段RNA引物，这一过程称“引发”。引物RNA与模板DNA形成杂交。催化RNA引物合成的RNA聚合酶称引物酶（或引发酶）。该酶只有与相关的蛋白结合为引发体才有明显的活性。引发体是解链酶、DnaC、引物酶和DNA起始复制区组成的复合结构。4.DNA连接酶（DNA ligaseDNA片段间的连接，即把有缺口的3′- OH末端与相邻核苷酸5′-磷酸连接形成磷酸二酯键，连接反应是耗能的。大肠杆菌的DNA连接酶以NAD+为能量来源，动物细胞和某些噬菌体以ATP为能量来源。这两个DNA片段必需与同一个互补链结合。 5.single-strand bindingproteinSSBDNA双螺旋解开成单链，SSB便牢固地结合到分开的单链上，防止它们重新形成双螺旋，保证模板链的复制和不被核酸内切酶水解。原核生物的SSB与DNA的结合表现出明显的协同效应，当第一个SSB结合后，其后的SSB与DNA的结合力可提高103倍，且结合迅速扩展，直到全部单链DNA都被SSB覆盖。而真核生物的SSB没有此协同效应，也不象DNA聚合酶那样沿复制方向向前移动，而是不断地结合、脱离，直到复制完成。6.6priApriBpriCdnaBdnaCdnaT
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Riccardin D靶向DNA拓扑异构酶Ⅱ的抗肿瘤作用研究
目的：拓扑异构酶是一种真核生物生存所必需的核酶，可介导DNA单链或双链的瞬时断裂和再连接，在DNA复制、转录、重组及染色体分离等多个环节发挥重要作用。根据其诱导DNA断裂方式的不同，分为拓扑异构酶Ⅰ和拓扑异构酶Ⅱ，以拓扑异构酶为靶点的抗癌作用成为化疗药物研究的一个重要方向。临床上许多一抗肿瘤药物以拓扑异构酶为作用靶点，取得了一定临床疗效。但在应用过程中仍出现一些问题：多药耐药性的产生，因长期使用拓扑异构酶毒剂而出现的继发性急性髓样白血病以及心脏毒性。因此，开发安全，高效，低毒以及可逆转多药耐药的以拓扑异构酶为靶点的化疗药物意义重大。RiccardinD是从苔藓类植物Dumortiera hirsuta分离所得的一种新型的大环双联卞类化合物。前期研究表明，RiccardinD可以抑制真菌被膜的形成，它的类似物羽苔素E可以逆转真菌耐药和肿瘤耐药，另一类似物地钱素C可以通过诱导微管解聚进而导致细胞凋亡最终发挥抗肿瘤作用，还可将肿瘤细胞阻滞在G2/M期抑制其增殖。本研究是基于前期研究结果推测RiccardinD可能会具有抗肿瘤及逆转多药耐药作用。　　
方法：⑴选用人慢性骨髓性白血病细胞株K562及人急性粒细胞白血病细胞株HL60，MTT法检测不同浓度riccardinD对白血病细胞增殖的抑制作用，Hoechst33258，FITC-AnnexinⅤ双染法及DNA Ladder检测riccardinD对白血病细胞凋亡的影响。Western blotting检测riccardinD对凋亡蛋白Caspase-3，Caspase-9，cleaved PARP表达的影响。RT-PCR检测riccardinD对细胞凋亡抑制因子Bcl-2与细胞凋亡促进因子Bax-α比值的影响。最后检测线粒体和死亡受体介导的两条凋亡通路中的关键分子Cytochrome c及Caspase-8分析riccardinD可能介导的凋亡通路。⑵以pBR322 DNA为作用底物，etoposide为阳性对照，检测riccardinD对拓扑异构酶Ⅰ和拓扑异构酶Ⅱ活性的影响。将riccardinD作用于K562细胞后，提取其拓扑异构酶Ⅱ，检测riccardinD对细胞内拓扑异构酶Ⅱ活性的影响。实时定量RT-PCR检测riecardin D对DNA拓扑异构酶Ⅱα基因表达的影响。SPR分析进一步检测riccardinD与拓扑异构酶Ⅱα间的结合能力。选用拓扑异构酶Ⅱα缺陷型细胞株HL60/MX2及构建拓扑异构酶Ⅱα高表达细胞系K562/TopoⅡα检测riccaxdinD对两种细胞增殖的影响。⑶体外法，选取非小细胞肺癌细胞H460及A549，采用MIT，Hoechst33258及FITC-AnnexinⅤ双染法检测riccardinD对非小细胞肺癌细胞凋亡的影响。另外，划痕试验、重组基底膜侵袭与转移及明胶酶活性测定试验检测riccardinD对非小细胞肺癌细胞侵袭及转移能力的影响。体内法，以H460细胞接种裸鼠腋下，待肿瘤长至100mm3-300mm3开始尾静脉注射给予riccardinD，三天一次，给药三周。给药结束后，取瘤组织称重，计算抑瘤率。取瘤块进行Western blotting及TUNEL试验检测riccardinD体内抑瘤作用及对肿瘤组织内凋亡蛋白Caspase-3，Caspase-9，cleaved PARP及侵袭转移相关蛋白MMP-2，MMP-9，VEGF及Erk1/2的影响。⑷选用两株耐药株K562/A02及H460/RT，分别是阿霉素和紫杉醇耐药株。采用MTT法检测riccardinD单用，阿霉素与riccardinD合用，紫杉醇和riccardinD合用后对耐药细胞的抑制作用，计算合用后药物逆转倍数。以逆转作用较强的紫杉醇和riccardinD合用组进行裸鼠试验，以H460/RT细胞接种裸鼠腋下，待肿瘤生长至100mm3-300mm3时给予riccardinD和紫杉醇。给药结束，取瘤组织称重，计算抑瘤率。取瘤组织检测凋亡蛋白及耐药蛋白表达。另外，检测riccardinD对K562/A02细胞凋亡蛋白，耐药蛋白及基因表达水平的影响。　　
结果：①MTT结果显示，以riccardin D(10μM-60μM)分别与K562，HL60细胞孵育24h，48h，72h，最高抑制率90.6％。Hoechst33258结果显示，10μM，20μM和30μM riccardin D明显诱导细胞凋亡，孵育48h，细胞核染色质浓染，固缩或集聚核膜周边、或呈块状碎裂改变。FITC-AnnexinⅤ双染结果显示，10μM riccardinD处理K562细胞24h凋亡率为25.55％，HL60凋亡率为27.56％。DNA Ladder结果显示，riccardin D处理后产生明显DNA梯状片段。Western blot结果显示，10μM-40μM riccardin D显著增加K562和HL60细胞的Caspaso-3，Caspaso-9，cleaved PARP蛋白表达水平。RT-PCR显示，riccardin D可显著降低Bcl-2 mRNA水平，增加Bax-α mRNA水平，8cl-2/Bax-α比值明显降低。此外，10μM-40μMriccardin D可显著增加K562细胞内Cytochrome c释放，而对procaspase-8蛋白表达水平无明显影响。②拓扑异构酶活性检测显示，riccardin D对拓扑异构酶Ⅰ活性无明显影响，而200μM-800μM riccardin D体外可明显抑制拓扑异构酶Ⅱ活性，呈现浓度剂量依赖关系，而且riccardin D对拓扑异构酶Ⅱ活性的抑制作用明显强于阳性对照etoposide。Riccardin D孵育后的K562细胞内拓扑异构酶Ⅱ活性显著降低。实时定量RToPCR检测结果表明，riccardin D显著降低K562细胞内DNA拓扑异构酶Ⅱα mRNA水平。以SPR技术分析显示，riccardin D与拓扑异构酶Ⅱ高度结合，结合常数KD为2.68E-06。进一步实验，riccardin D对高表达拓扑异构酶Ⅱ细胞抑制作用显著，而对拓扑异构酶Ⅱ缺陷型细胞株HL60/MX2抑制作用较弱，说明riccardin D可能通过靶向拓扑异构酶Ⅱ产生抗癌作用。③MTT，Hoechst33258，FITC-AnnexinⅤ双染及Western blot试验结果均显示，riccardin D显著抑制非小细胞肺癌细胞增殖，促进细胞凋亡及增加凋亡蛋白表达水平。划痕试验结果表明，51μM-10μM riccardin D抑制A549细胞向无细胞划痕区迁移。Transwell侵袭试验显示，riccardin D抑制A549细胞穿透人工基底膜，当riccardin D浓度为5μM，10μM，20μM时，抑制率分别为40.7％，56.5％，65.4％。明胶酶谱结果显示，2.51μM，5μM，10μM riccardin D显著抑制A549和H460细胞培养液中MMP-2，MMP-9活性。裸鼠移植瘤试验显示，riccardinD明显抑制肿瘤组织生长，20mg/kg时抑制率为44.5％，且裸鼠体重下降不明显。进一步检查肿瘤组织，显示TUNEL阳性染色水平增加，凋亡率为36.9％。④以10μM dccardin D与阿霉素联合处理K562/A02可逆转阿霉素耐药，其逆转倍数为2.31。以10μM riccardin D与紫杉醇联合处理H460/RT可逆转紫杉醇耐药，逆转倍数为8.42。Riccardin D与紫杉醇联合处理接种H460/RT的裸鼠，riccardinD，紫杉醇单用组抑瘤率分别为46.8％和48.1％。而riccardin D与紫杉醇合用组肿瘤抑制率为57.3％.与单用组比较，合用组较单用组抑瘤率升高，且凋亡蛋白表达水平明显升高，而耐药蛋白表达水平显著降低。电泳结果显示，riccardin D降低K562/A02细胞内P-gp蛋白及Mdr1基因表达水平。　　
结论：Riccardin D具有较强的抗癌活性，显示抗侵袭转移活性和逆转多药耐药活性，抑制接种裸鼠的人肺癌H460肿瘤生长。其机制可能通过靶向拓扑异构酶Ⅱ，从而产生对拓扑异构酶Ⅱ活性的抑制作用，启动线粒体介导的凋亡通路，诱导肿瘤细胞凋亡。
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维康醇对DNA拓扑异构酶活性的影响
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官方公共微信抗肿瘤药物作用的重要靶点——DNA拓扑异构酶--《国外医学(肿瘤学分册)》1995年05期
抗肿瘤药物作用的重要靶点——DNA拓扑异构酶
【摘要】：目前,以DNA拓扑异构酶为靶点的抗肿病药物研究受到了广泛的重视,发现了许多新的有效抗肿瘤药物。本文对它的历史沿革和生理学特性进行了简要的综述,以便更深入地了解其生理功能,为抗肿瘤药物的设计提供新思路。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：R96【正文快照】：
在生物体的整个生命过程中,细胞遗传物质DNA的正常代谢有着十分重要的意义。DNA拓扑异构酶,是一种在生物体中广泛存在的、能够调节核酸空间结构动态变化的、控制核酸生理功能的关键酶[1]。它的作用涉及核酸代谢的许多方面,包括DNA的复制转录、染色体的分离、染色体结构的浓缩
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