核酸及核酸蛋白復合物結構測定與解析服務
產品名稱： 核酸及核酸蛋白復合物結構測定與解析服務
英文名稱： Custom crystallization of nucleic acids and protein-nucleic acid complexes facilitated by the Se derivation
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??? 核酸與蛋白核酸復合物的研究和三維結構的測定已成為極其重要的疾病分子機理研究和藥物發現研究的新領域。對這些大分子結構和它們的配體的研究， X射線晶體學是最直接和最有力的測定方法之一。然而，常規的重金屬原子取代衍生物相位測定方法（X射線相位測定方法是X射線晶體學研究領域長期存在的兩個難題之一）由于其自身的缺陷，在很大程度上阻礙了新的結構和折疊結構的測定。另外一個難題是結晶方法。到目前為止，在核酸結晶方面還沒有一個合理的解決方案。因此，建立一個新的方法和工作平臺對促進核酸和蛋白核酸復合物的X射線晶體學發展，特別是大規模制備結晶等工作均具有巨大的價值。最近我們的研究小組，成功地發明了一種新的衍生物制備方法（其原理是通過硒取代核酸分子中的氧原子），并且已通過多次實驗確認。我們的研究是基于我們的假設：由于氧、硒均處在元素周期表中的同一族（VIA），因此,硒可穩定地取代核酸中的氧原子，而不產生明顯的結構變化。硒核酸衍生物將為核酸、蛋白核酸復合物以及類似藥物的小分子核酸復合物的晶體結構測定提供相位信息。到目前為止，已經成功地通過大量的實驗證明，我們的硒核酸衍生物可用于解決相位測定難題。同時發現，我們的硒衍生物也可以在很大程度上促進DNA的結晶。這些獨特的功能對于實現核酸和蛋白核酸復合物（如非編碼RNA）的高通量結構測定；滿足制藥和生物技術行業對新的潛在藥物靶點(核酸和蛋白核酸復合物)的結構生物學研究的需求，具有非常高的研究和商業應用價值。
使用的硒取代亞磷酰胺核苷或硒取代核苷三磷酸(核酸砌塊)均可用化學或酶學方法進行合成。我們的研究也表明，硒衍生物不會造成重大的結構性變化。因此，我們進一步假設，將多個硒原子引入到DNA或RNA中,仍然能夠保持其天然結構和功能特性。因此，我們開發的這一獨特技術將對解決困擾X射線晶體學的兩大難題提供了一個合理的解決方案。我們要利用這一技術開展核酸和蛋白核酸復合物的相位測定及結晶制備，尤其是用于高通量結晶制備，3D結構測定及新藥研發。
RNA蛋白復合物和DNA 蛋白復合物的三維結構的高分辨率測定工作，對于人們在分子水平上了解生物系統的原理其價值是不可估量的。 X射線晶體學是測定這些大分子結構最直接、最有力的方法。然而，如上所述，制約其快速發展的瓶頸是其難以結晶和相位測定。目前制備DNA和RNA衍生物的方法是重原子浸泡和共結晶法，但實驗證明其對核酸類物質要比對蛋白質類物質困難很多。原因可能是核酸分子上缺乏對金屬離子的特殊結合位點。另外，射線穩定性差和結構變化也是制約鹵素衍生物(如溴、碘)使用的原因。以前傳統方法是用5-溴脫氧尿嘧啶（胸腺嘧啶的衍生物）制備DNA衍生物; 用5-溴尿嘧啶（胸腺嘧啶的衍生物）制備RNA衍生物，以方便非常規散射法（MAD）進行3D結構測定。但是，鹵素衍生物對天然結構可能引起變化。鹵素衍生物也可能導致其分子骨架結構破壞，親水性發生變化和其他結變化。此外，鹵素衍生物如溴衍生物是光敏感性物質，長期接觸X射線或紫外線可能導致分子分解。
最近，我們通過用硒原子取代核酸中的氧原子,已經成功地開發了一種新的硒核酸衍生物。 1-16與傳統的鹵素（Br或I）取代氧不同，硒能夠取代核酸中多個位置中的氧原子，如2 -，3 - 5 -核糖核酸中的氧，呋喃環上的氧，非橋健磷酸鹽上的氧，核酸堿基上的氧。取代位置的多種選擇，能夠盡量避免修飾所造成的結構和功能上的變化。??? ????????????????
??? 我們發現，溴衍生物改變了原來位置上的分子骨架扭轉角度和水溶性。不管是天然的還是溴取代衍生物都需幾個星期的時間才能形成合適大小的晶體，而硒衍生DNA則可在一夜之間生成高衍射率的晶體，這說明硒衍生物有利于晶體的生長。9,10,此外，硒衍生物DNA所需要的結晶條件要求更寬泛（緩沖液緩沖區范圍更廣），一般來說晶體生長速率更快。我們觀察到，一般在數天甚至一夜的時間硒取代衍生物的晶體即可形成，而相應的天然DNA的晶體需要兩到三個月時間。我們的實驗結果還表明，硒取代衍生物更有利于核酸結構的測定，并且能夠促進高品質的晶體生長。總之，我們的結果表明，硒取代核酸衍生物可以完全取代傳統的溴取代衍生物法，具有無比的優越性。利用硒取代核酸特殊位置上的氧原子將極大地促進核酸、蛋白核酸復合物和小分子配體的X射線晶體結構研究。
硒核酸平臺與現有技術差異化
現有的核酸三維結構測定技術本身具有無法克服的缺陷
重金屬沉積法—核算很難與重金屬形成穩定專一的結合物，無法用該方法解決其相位問題
鹵原子取代法—這一領域中的傳統方法，雖然對于某些形態的核酸有一定的適應性，但是其技術弊端也顯而易見：鹵原子只能取代在嘧啶堿基的5位上，在X線衍射下很不穩定，而且會影響核酸晶體的生長，改變他們的原始結構。
因此，現有核酸的三維結構測定方法無法滿足研究需要，技術方法研究一直發展緩慢的狀態，給予這類重要生物大分子的藥物研發也得不到有力的結構信息支持。