????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度人端粒末端G4的詳細構象信息，相關研究成果發(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拓撲構象

???G4是由富含G堿基的DNA或RNA形成的非經典核酸二級結構，在生物體內普遍存在且具備重要的生物學功能。人端粒DNA由5-15 kb的六核苷酸重復序列TTAGGG串聯而成，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，這些特殊結構被發(fā)現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注，因此明確端粒3’末端懸垂G4的折疊細節(jié)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的抗癌藥物開發(fā)至關重要。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象動態(tài)平衡之中，同時細胞內環(huán)境復雜，傳統(tǒng)的結構表征方法如常規(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、無細胞內背景干擾、化學位移的構象依賴性強等優(yōu)點，在表征人端粒G4結構方面存在獨特的優(yōu)勢。研究團隊通過在核酸序列的特定位點引入¹⁹F標記，發(fā)現不同的拓撲結構具有特征的化學位移分布區(qū)間，總結得到了人端粒G4拓撲的¹⁹F化學位移指紋圖譜。基于該指紋圖譜，研究團隊系統(tǒng)地研究了天然長度人端粒序列的G4構象信息，發(fā)現長端粒傾向于在5’和3’末端形成穩(wěn)定的G4，位于內部的G4相對更加動態(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。研究團隊還進一步研究了長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(jié)與K⁺稀溶液中一致，并不受擁擠等復雜細胞環(huán)境的干擾，同時發(fā)現端粒在活細胞內的穩(wěn)定性受序列長度調控，提示端粒長度可能影響蛋白可及性進而調控端粒功能。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的抗癌藥物開發(fā)提供了重要的結構基礎，同時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)表在學術期刊《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委，科技部和中國科學院的資助。

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

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