研究进展：G-四链体（G4）的结构与关键的生物过程间存在复杂的关系，如DNA的复制转录和端粒维护，因此，其也被认为是癌症研究中潜在的重要靶点。对人类基因组中G4s的计算和实验定位显示，在与疾病状态相关的基因组区域中存在丰富的G4形成序列。在活细胞的动态环境中，G4s被视作阻碍DNA交易的重要参与者。这一特性为利用特定的G4稳定剂来引入结构特异性的DNA损伤提供了可能。由于其独特的光物理性质，G4s也成为癌症治疗中光治疗方法的焦点，如光动力疗法。对氧化的敏感性使其可与G4选择性光敏剂结合使用，以优化氧化性DNA损伤。此外，对于小分子设计，将光响应基团整合到G4结合配体的结构中就可能实现对其活动的远程调控。作为一种外部靶向刺激，光刺激存在几个明显的优势，如低毒性及精确的时空控制。然而，该方法可能需要紫外光（≤365nm）激发配体的活性且该过程不可逆。结合了多功能偶氮苯（AB）单元的分子开关则提供了一个解决上述问题的途径。由于邻位氟原子功能化的偶氮苯的顺式异构体的n轨道能量较低，导致反式和顺式异构体的n→π*吸收带的分离，这提供了利用可见光进行切换的可能性，避免了紫外线照射。目前，已有研究证明部分氟化ABs可以靶向G4s，并可通过可见光改变开关的异构进而调节识别过程进行光输出。然而，到目前为止，相关的研究仅限于体外，它们在生物系统中的应用潜力尚未被证明。 解决方案：在本文的工作中，作者开发了一种利用可见光进行定量的双向异构化的邻位氟化偶氮苯开关，并成功地将其应用于活细胞实验。如图1所示，Q-Azo4F-C两侧分别连接喹啉单元及带正电荷的羧基酰胺侧链，这种结构可增强分子与G4的结合能力并提高分子的癌细胞摄取率。Q-Azo4F-C的反式和顺式结构表现出与异构化过程相关的不同配位模式。生物物理研究、分子动力学模拟和癌细胞内G4s的免疫检测技术显示，其顺式异构体通过外部结合促进G4的形成，而反式异构体则通过插入中心鸟嘌呤四分体使G4s部分展开。在不同的癌细胞系中，折叠和展开G4s的能力分别与反式和顺式异构体的细胞毒性作用呈正相关。在细胞中可见光照射下，具有细胞毒性促进G4形成的顺式异构体可转化为无毒、非形成G4的反式异构体（图2）。![]()
图1：Q-Azo4F-C的反式和顺式结构。
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图2：（A）Q-Azo4F-C介导的A549细胞中G4s的光调节策略；（B）经过不同条件处理的A549细胞的免疫荧光染色图像；（C）A549细胞的细胞核中具有结构特异性的G4抗体（BG4）的信号。
结论：综上所述，本工作开发了一种G4靶向分子开关，其可以通过可见光照射改变开关的几何形状进而促进G4的调节过程。这表明通过光敏化合物调节G4s是一种有潜力的杀灭癌细胞的策略。参考文献：Marta Dudek et al. A Rationally
Designed Azobenzene Photoswitch for DNA G-Quadruplex Regulation in Live Cells. Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202413000.
