????近日，精密測量院李從剛研究團隊在人端粒末端G-四鏈體（G4）拓撲結(jié)構(gòu)表征方面取得新進展，報道了可用于快速鑒定和定量端粒G4拓撲構(gòu)象的¹⁹F化學位移指紋圖譜新方法，并首次在溶液及活細胞內(nèi)表征了天然長度人端粒末端G4的詳細構(gòu)象信息，相關(guān)研究成果發(fā)表在國際期刊《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）上。

運用¹⁹F化學位移指紋圖譜新方法鑒定長端粒G4拓撲構(gòu)象

???G4是由富含G堿基的DNA或RNA形成的非經(jīng)典核酸二級結(jié)構(gòu)，在生物體內(nèi)普遍存在且具備重要的生物學功能。人端粒DNA由5-15 kb的六核苷酸重復(fù)序列TTAGGG串聯(lián)而成，其3’末端為一段長度為50-300 nt的單鏈懸垂，可在生理條件下折疊成多個G4，這些特殊結(jié)構(gòu)被發(fā)現(xiàn)在端粒末端維持中發(fā)揮了重要作用，同時也被視為潛在的抗癌藥物作用靶點而受到廣泛關(guān)注，因此明確端粒3’末端懸垂G4的折疊細節(jié)包括拓撲構(gòu)象信息、相對比例等對于理解端粒功能以及靶向端粒G4的抗癌藥物開發(fā)至關(guān)重要。然而，天然長度端粒懸垂分子量大、多個G4同時存在且各自處于構(gòu)象動態(tài)平衡之中，同時細胞內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)表征方法如常規(guī)NMR、X-ray晶體衍射、圓二色譜等并不適用，導致天然長度人端粒懸垂在稀溶液以及生理條件下的結(jié)構(gòu)信息一直未能確認。

¹⁹F NMR具備天然豐度高、信號靈敏度高、無細胞內(nèi)背景干擾、化學位移的構(gòu)象依賴性強等優(yōu)點，在表征人端粒G4結(jié)構(gòu)方面存在獨特的優(yōu)勢。研究團隊通過在核酸序列的特定位點引入¹⁹F標記，發(fā)現(xiàn)不同的拓撲結(jié)構(gòu)具有特征的化學位移分布區(qū)間，總結(jié)得到了人端粒G4拓撲的¹⁹F化學位移指紋圖譜?；谠撝讣y圖譜，研究團隊系統(tǒng)地研究了天然長度人端粒序列的G4構(gòu)象信息，發(fā)現(xiàn)長端粒傾向于在5’和3’末端形成穩(wěn)定的G4，位于內(nèi)部的G4相對更加動態(tài)，形成G4之余的冗余重復(fù)在序列內(nèi)部以去折疊形式存在。所有G4均處于構(gòu)象的動態(tài)平衡之中，其中5’、3’末端G4的主要拓撲構(gòu)象分別為hybrid-2和hybrid-1，內(nèi)部G4主要為2或3層反平行構(gòu)象，且這些G4構(gòu)象之間彼此獨立、互不干擾。研究團隊還進一步研究了長端粒序列在非洲爪蟾卵母細胞中的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其構(gòu)象細節(jié)與K⁺稀溶液中一致，并不受擁擠等復(fù)雜細胞環(huán)境的干擾，同時發(fā)現(xiàn)端粒在活細胞內(nèi)的穩(wěn)定性受序列長度調(diào)控，提示端粒長度可能影響蛋白可及性進而調(diào)控端粒功能。這項工作提供了表征天然長度人端粒懸垂拓撲結(jié)構(gòu)的有效方法，給出了迄今為止構(gòu)象信息最詳細的拓撲結(jié)構(gòu)模型，為理解端粒結(jié)構(gòu)、功能以及靶向端粒G4的抗癌藥物開發(fā)提供了重要的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，同時指紋圖譜的概念也有望推廣至其它核酸二級結(jié)構(gòu)體系。

該研究以“¹⁹F Nuclear Magnetic Resonance Fingerprinting Technique for Identifying and Quantifying G-Quadruplex Topology in Human Telomeric Overhangs”為題發(fā)表在學術(shù)期刊《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）上，精密測量院為該工作的第一完成單位，精密測量院博士后王晨為第一作者，研究員李從剛為通訊作者。

該研究工作得到了國家自然科學基金和科技部的資助。

論文鏈接: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c12247

?