基因与健康的关系可不是如想像的那样简单。某些基因必须在适当的时候被“唤醒”,否则将可能引发从癌症到糖尿病的一系列疾病。如今,化学家研制出一种具有开关功能的药物小分子;而在此之前,只有一些蛋白质和某些生物分子能够激活基因。
在人体中,一种催化剂蛋白质通常需要经过两个步骤完成它的工作:首先这种蛋白质将锁定自己的基因目标,然后通过控制其他的蛋白质从而激活基因——这一过程被称为转录活化过程。一些更小的生物分子,例如名为缩氨酸的核糖核酸(RNA)片段以及蛋白质碎片,同样也能够起到催化剂的作用。但是这些化合物往往容易迅速分解,并且具有其他一些缺点。
为了避免这一问题,美国安阿伯密歇根大学的化学家Anna Mapp和她的同事,对一些能够激活特殊基因的缩氨酸进行了仔细的研究。尽管缩氨酸之间具有不同的结构,但它们同时也表现出了一些共有的化学特征,例如羟基、羧酸,以及异丁基。
研究人员在一些环状化合物中也发现了类似的官能团,这些环状化合物包括人们所知道的isoxazolidine,它能比缩氨酸存留更长的时间。于是Mapp与她的研究生一起陆续合成了几种环状化合物。随后研究人员将一些能够锁定基因的催化剂蛋白质“嫁接”到这些化合物上,并且使每一个分子都与一种蛋白质紧密结合在一起,而每种蛋白质都能激活脱氧核糖核酸(DNA),从而控制某种基因。为了检验这些合成的分子,研究人员向试管中经过修饰的isoxazolidine分子加入了一种人类细胞核中的提取物。研究人员在《美国化学学会杂志》网络版上报告说,他们观测到来自目标基因的信使RNA数量出现了上升的迹象。这一增长如同一种信号,表明小分子引发了基因转录。
麦迪逊威斯康星大学的生物化学家Aseem Ansari认为,“他们合成的小分子能够模拟天然的催化剂,这真令人感到兴奋”。Ansari希望这种新分子最终能够成为研制一系列基因控制新药的平台。