????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）拓撲結構表征方面取得新進(jìn)展，報道了可用于快速鑒定和定量端粒G4拓撲構象的¹⁹F化學(xué)位移指紋圖譜新方法，并首次在溶液及活細胞內表征了天然長(cháng)度人端粒末端G4的詳細構象信息，相關(guān)研究成果發(fā)表在國際期刊《美國化學(xué)會(huì )志》（Journal of the American Chemical Society）上。

運用¹⁹F化學(xué)位移指紋圖譜新方法鑒定長(cháng)端粒G4拓撲構象

???G4是由富含G堿基的DNA或RNA形成的非經(jīng)典核酸二級結構，在生物體內普遍存在且具備重要的生物學(xué)功能。人端粒DNA由5-15 kb的六核苷酸重復序列TTAGGG串聯(lián)而成，其3’末端為一段長(cháng)度為50-300 nt的單鏈懸垂，可在生理條件下折疊成多個(gè)G4，這些特殊結構被發(fā)現在端粒末端維持中發(fā)揮了重要作用，同時(shí)也被視為潛在的抗癌藥物作用靶點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注，因此明確端粒3’末端懸垂G4的折疊細節包括拓撲構象信息、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(kāi)發(fā)至關(guān)重要。然而，天然長(cháng)度端粒懸垂分子量大、多個(gè)G4同時(shí)存在且各自處于構象動(dòng)態(tài)平衡之中，同時(shí)細胞內環(huán)境復雜，傳統的結構表征方法如常規NMR、X-ray晶體衍射、圓二色譜等并不適用，導致天然長(cháng)度人端粒懸垂在稀溶液以及生理條件下的結構信息一直未能確認。

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

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(xué)術(shù)期刊《美國化學(xué)會(huì )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(xué)基金和科技部的資助。

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

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