近日，中科院合肥研究院强磁场中心张钠课题组使用稳态强磁场实验装置的液体核磁共振（NMR）技术发现硫黄素T差异性识别假镜像对称的异分子间端粒G-四链体。相关研究成果以“Two coexisting pseudo-mirror heteromolecular telomeric G-quadruplexes in opposite loop progressions differentially recognized by a low equivalent of Thioflavin T”为题发表于国际期刊Nucleic Acids Research（doi: 10.1093/nar/gkab755）。
作为“生命的时钟”，端粒与生物体的寿命、干细胞的自我更新、癌细胞的无限增殖等息息相关。研究表明，G-四链体具有优先形成于更靠近端粒3'-最末端的天然属性，并且其结构一旦形成便可参与抑制端粒酶对端粒的延伸。鉴于端粒酶被特异性高度活化是肿瘤细胞得以无限增殖的一个重要原因，因而通过调控端粒3'-最末端G-四链体结构的形成有望成为肿瘤治疗的关键手段之一。
人源端粒DNA的3'末端悬突单链是由序列单元5'-TTAGGG-3' 经多次重复而构成。此悬突单链3'-最末端结尾处的残基组成并非恒定不变，而是存在着不同的残基组成，这将导致其3'-最末端出现几种非鸟嘌呤结尾的侧翼碱基。此前，这些侧翼碱基由于未直接参与构建G-四链体的核心结构部分而经常被忽视。而该项研究则主要通过液体NMR技术深入探究了类端粒3'-最末端侧翼碱基的微小变更是如何影响异分子间G-四链体的拓扑结构和动力学过程。研究发现：人类端粒三个重复单元的长链靶标序列5'-GGGTTAGGGTTAGGGT-3'（htel3）在删除3'最末端貌似毫无用处的侧翼碱基T后，可以被单重复单元的短链探针序列TAGGGT（P1）识别，并在Na+溶液中组装成动力学有利的异分子间LLP型G-四链体以及热力学有利的分子间RLP型G-四链体（图1c）。并且，LLP型与RLP型G-四链体在整体拓扑结构上互为假镜面对称伙伴关系，这为G-四链体非对称催化剂的研究与开发提供了新的研究对象。该项成果中涉及的RLP型G-四链体结构是由该课题组首次报道，其全原子三维精细结构也已被成功解析（图2）。此外，LLP型与RLP型G-四链体所形成的相对摩尔比例也会明显受到短链探针P1两端侧翼碱基组成的调控。
尽管呈假镜面对称的LLP型与RLP型G-四链体在空间结构上的差异非常小，但他们还是找到了能够足以区分以上两种G-四链体的荧光有机小分子“硫黄素T”。他们发现：处于低当量的硫黄素T可以优先识别RLP型G-四链体结构并通过π-π堆叠的方式与之结合，这对于理解端粒G-四链体构型的调控以及其靶向药物的设计等领域都具有重要意义（图3）。
强磁场科学中心博士研究生付文强与景海涛为本论文的共同第一作者，强磁场科学中心张钠研究员为通讯作者，这项研究获得了国家自然科学基金、国家重点研发计划项目等多个项目的支持。
文章链接：https://academic.oup.com/nar/article/49/18/10717/6368056
