早在1953年，沃森和克里克首次揭開(kāi)DNA的結(jié)構(gòu)之謎。從那以后，DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)便深入人心。近幾年，一種“四螺旋”的 DNA 結(jié)構(gòu)如雨后春筍般地從科研界中“冒”了出來(lái)，這種結(jié)構(gòu)通常被稱(chēng)為G-四鏈體（G4s）。先前的研究發(fā)現(xiàn)，G4s在癌細(xì)胞內(nèi)被大量檢測(cè)到，可能與癌癥相關(guān)基因關(guān)系密切，并且推測(cè)G4s或許可以用作早期癌癥診斷和治療中新的分子靶標(biāo)。

近日，《Nature Chemistry》發(fā)表了一篇名為“Single-molecule visualisation of DNA 1 G-quadruplex formation in live cells”的文章，報(bào)道了一種熒光探針（SiR-PyPDS）能實(shí)時(shí)追蹤到活細(xì)胞核中的G4s的單個(gè)結(jié)構(gòu)分子，真正實(shí)現(xiàn)了在不干擾G4s動(dòng)態(tài)折疊的情況下，在人活細(xì)胞中對(duì)其動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行檢測(cè)。

doi: 10.1038/s41557-020-0506-4

由于細(xì)胞中G4s的穩(wěn)態(tài)性可能受到蛋白質(zhì)（例如解旋酶的調(diào)節(jié)），無(wú)法通過(guò)快速離體技術(shù)來(lái)追蹤G4s。此外，一些常用于檢測(cè)活細(xì)胞中DNA和RNA的探針濃度相對(duì)較高，這可能會(huì)干擾G4s的動(dòng)態(tài)折疊過(guò)程以及引起細(xì)胞應(yīng)激/毒性。針對(duì)此，該研究團(tuán)隊(duì)制備了具有G4s特異性的熒光探針，在低濃度的條件下結(jié)合小部分G4s（約4%）便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)G4s實(shí)時(shí)追蹤。

使用熒光探針SiR-PyPDS對(duì)活細(xì)胞中的G4進(jìn)行單分子熒光成像

接下來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)試圖估算在活細(xì)胞中被SiR-PyPDS標(biāo)記的G4s的比例以及做了一系列與其他G4s形成序列的體外結(jié)合實(shí)驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無(wú)論體內(nèi)還是體外，SiR-PyPDS結(jié)合G4s觀察到的駐留時(shí)間相當(dāng)，說(shuō)明SiR-PyPDS可以用于檢測(cè)內(nèi)源性的G4s。此外，為了深入了解活細(xì)胞中的G4折疊過(guò)程，研究團(tuán)隊(duì)使用了DNA甲基化試劑硫酸二甲酯 (DMS) 不可逆地捕獲未折疊的G4狀態(tài)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨時(shí)間的變化，DMS處理后幾分鐘內(nèi)細(xì)胞中SIR-PyPDS與G4s結(jié)合減少。

活細(xì)胞中的G4s的動(dòng)態(tài)折疊和展開(kāi)過(guò)程

該研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，既然已經(jīng)能夠成像單個(gè)G4，那么便能追蹤其在特定基因中的作用以及它們?cè)诎┌Y中的表達(dá)方式。正如英國(guó)劍橋化學(xué)與癌癥研究系劍橋?qū)W院的Shankar Balasubramanian教授所說(shuō)，“某些癌細(xì)胞對(duì)靶向G4s的小分子比非癌細(xì)胞更敏感，可能由于癌癥前期或癌細(xì)胞中有著更多的G4s結(jié)構(gòu)?！?

從新生事物“G4s”的發(fā)現(xiàn)到可追蹤其在活細(xì)胞中的動(dòng)態(tài)折疊過(guò)程，每一步都是一大步，G4s與癌癥相關(guān)基因密切相關(guān)已成事實(shí)，但能否利用其獨(dú)特的DNA結(jié)構(gòu)作為靶點(diǎn)來(lái)治療癌癥呢？小編以為，G4s可能離其迎來(lái)曙光已不遠(yuǎn)了。

參考資料：

[1] Single-molecule visualisation of DNA 1 G-quadruplex formation in live cells

[2] High-throughput sequencing of DNA G-quadruplex structures in the human genome

[3] DNA G-quadruplexes in the human genome: detection, functions and therapeuticPotential

[4] Quantitative visualization of DNA G-quadruplex structures in human cells