细菌拓扑异构酶核酸抑制剂研究

1.文献综述

1.1.1拓扑异构酶及其类型

拓扑酶是20世纪70年代发现的一种能催化DNA拓扑异构体相互转变的核酶，通过在细胞双链DNA上产生暂时的缺口来改变DNA的拓扑结构，进而调节拓扑酶的三维结构[1]。该酶的作用机制是经过两个连续的转酯化反应，断开和连接DNA链磷酸二酯键，介导DNA单链或双链的瞬时断裂和连接，再使DNA的拓扑结构发生变化。在一些细胞进程中，如复制、转录、重组等，这些核酶均扮演着重要的角色。根据催化机制，拓扑酶可被分为两大类：typeI拓扑酶（TopoI）通过产生单链缺口和重新连接，来改变DNA超螺旋的程度；typeII拓扑酶（TopoII）在切开一条双链DNA的同时，让另一条双链从缺口中穿过，伴随着断裂缺口的缝合[2]。Ⅰ型拓扑异构酶又进一步细分为：IA型和IB型。细菌拓扑异构酶I（BTopoI）是一个典型的IA型拓扑异构酶，能松弛具有负超螺旋的DNA，在该催化反应中，底物分子（负超螺旋DNA）的单链区域对于反应的顺利进行具有决定性意义。目前已经发现BTopoI可以共价连接到断裂的DNA链的5rsquo;端催化反应，并需要二价金属离子来增强它的活性。小牛胸腺拓扑异构酶I（CtTopoI）属于IB型拓扑异构酶，与IA型不同，它可既可以催化解旋负超螺旋分子，又可以解旋正超螺旋DNA分子。

1.1.2拓扑异构酶的结构

TopoⅠ最早是1971年在大肠杆菌中被发现的，TopoⅠ均为单体酶(图1)，人类TopoⅠ(hTopⅠ)是哺乳动物TopoⅠ的原始型，属于typeⅠB类拓扑异构酶，相对分子量为100kDa，由位于染色体20q12—13.2上的单拷贝基因编码。TopoⅠ根据结构域功能可以划分为4个域:C端结构域(C-terminaldomain)、核心结构域(coredomain)、连接子区域(linkerdomain)和N端域(N-terminaldomain)，其中C端结构域、核心结构域在催化活性中起主要作用。在TopoⅠ的多个活性位点中，Arg488、Arg590、His632和Tyr723为研究比较明确的4个活性位点。除Tyr723位于羧基端结构域外，其余三个均位于TopoⅠ的核心结构域(图1b)。[3,4]

1.1.3拓扑异构酶Ⅰ作用机制

Ⅰ型拓扑异构酶不需要ATP提供的能量来催化异构体化，作为反应的中间产物，对于原核生物来说，是游离型的5′-OH末端和3′-磷酸末端与酶形成的共价键，而对于真核生物来说，则是3′-OH末端5′-磷酸末端与酶形成共价键。此酯键中所贮存的能量，可能在切断端的再结合上起作用。Ⅰ型拓扑异构酶催化的反应有下列几种：使超螺旋DNA在每一切断—结合反应中，使L数发生一种变化，即松弛。将互补的单链环状DNA转变成具有螺旋结构的双链环状DNA，使单链DNA打结或解结。另外在两个环状双链DNA一个分子的一个链切断时，形成链环状二聚体的分子[4]。TopoI型的两个亚型分为IA型和IB型。I型大肠杆菌拓扑酶是一种典型的IA型拓扑异构酶，只能松弛负超螺旋，同时在行使功能时需要单链的DNA区域。众所周知，该酶能够与5rsquo;末端磷酸基共价结合，该反应需要二价的金属离子化合物来催化反应活性。I型小牛胸腺拓扑酶属于IB型拓扑异构酶，通过3rsquo;磷酸键形成共价结合，使它能同时松弛正超螺旋和负超螺旋的双链[5]。

1.1.4拓扑异构酶的生物学功能