供稿：赵晨茜，武汉大学
校稿：张杉，武汉大学
推送：张杉，武汉大学
今天给大家分享的文献发表Journal of the American Chemical Society上，标题为Distinguishing G Quadruplexes Stabilizer and Chaperone for c-MYC Promoter G Quadruplexes through Single-Molecule Manipulation，通讯作者是自华中科技大学的游慧娟教授和童擎一教授。
除了经典的B型双螺旋DNA结构以外，富含鸟嘌呤的DNA也能形成特殊的四链核酸结构G-四链体（G-quadruplexes，G4）。c-MYC是一种原癌基因，也是一种转录因子，影响许多基因的表达，让细胞异常增殖。c-MYC启动子G4是最受关注的G4结构之一，由于其高稳定性和不同折叠构象的存在，难以用系综平均的方法定量化合物对溶液中不同G4折叠构象。因此，精准测量小分子如何影响G4折叠的热力学和动力学仍然是一个挑战。
本研究首先通过分子操控技术，结合小分子配体对小分子配体如何促进瞬时展开发夹中G4的形成进行了探索。实验结果表明，当添加小分子配体时，DNA的折叠效率显著提高（图1）。在没有配体的情况下，瞬时展开的发卡结构难以稳定地形成G4结构，而加入小分子配体后，G4结构能够更加稳定且迅速地形成（图1）。随着配体浓度的增加，DNA折叠为G4的几率和速度均得到进一步提高。这表明，配体的浓度是影响G4稳定性和形成速率的关键因素。实验还通过分析DNA结构折叠过程中的动力学变化来评估配体的效应。研究表明，在小分子配体的作用下，G4的折叠速率得到了显著的提高，而解旋率则显著降低（图1）。
图1 单分子实验验证G4结构的形成
接着，作者为了探索CX-5461（G4稳定剂）对c-MYC G4 结构的稳定性和折叠动力学的影响。作者使用c-MYC G4 作为模型，来计算在添加CX-5461 后，c-MYC G4 结构的解折叠速率（ku） 和折叠速率（kf）的变化（图2）。实验结果显示，在添加CX-5461 后， c-MYC G4的ku显著降低（图2）。与对照组相比，加入CX-5461后需要更大的力才能解开c-MYC G4，且解折叠过程更加缓慢（图2）。这表明CX-5461能够显著稳定c-MYC G4 结构，减少其解折叠的可能性。与其他G4稳定剂相比，CX-5461在减少c-MYC G4 ku方面表现出更强的效果。此外，该实验还表明，CX-5461对于c-MYC G4的特异性作用，说明它在调节c-MYC基因表达的过程中可能具有独特的作用机制。
接着，作者为了探索CX-5461（G4稳定剂）对c-MYC G4 结构的稳定性和折叠动力学的影响。作者使用c-MYC G4 作为模型，来计算在添加CX-5461 后，c-MYC G4 结构的解折叠速率（ku） 和折叠速率（kf）的变化（图2）。实验结果显示，在添加CX-5461 后， c-MYC G4的ku显著降低（图2）。与对照组相比，加入CX-5461后需要更大的力才能解开c-MYC G4，且解折叠过程更加缓慢（图2）。这表明CX-5461能够显著稳定c-MYC G4 结构，减少其解折叠的可能性。与其他G4稳定剂相比，CX-5461在减少c-MYC G4 ku方面表现出更强的效果。此外，该实验还表明，CX-5461对于c-MYC G4的特异性作用，说明它在调节c-MYC基因表达的过程中可能具有独特的作用机制。
图2 配体对c-MYC启动子G4解开速率的影响
然后，作者使用分子拉伸技术和荧光探针法来评估 PDS和360A两种G4稳定剂如何加速G4结构的折叠过程。实验结果表明，PDS和 360A 都显著加速了c-MYC G4的kf（图3）。与对照组相比，当添加PDS或360A后，c-MYC G4的折叠时间显著缩短，折叠概率显著提高（图3）。且随着PDS和360A浓度的增加，G4的折叠速率呈现出逐渐增加的趋势，表明它们的作用是浓度依赖性的（图3）。在较高浓度下，PDS和360A更有效地加速了G4结构的折叠（图3）。此外，本研究还发现这两种稳定剂不仅能加速G4的折叠，还能减少G4在折叠过程中的结构重排。
图3 配体对G4折叠速率的影响
最后，本研究探讨了CX-5461作为G4稳定剂在调控c-MYC基因表达中的影响以及其在癌症治疗中的应用。作者使用使用qRT-PCR技术来检测CX-5461在CA46和Raji细胞中中对c-MYC基因表达的影响，以此评估CX-5461作为G4稳定剂的功能（图4）。结果表明，CX-5461能够显著抑制c-MYC基因的转录，特别是在高浓度下（图4）。表明，CX-5461作为G4稳定剂，对c-MYC启动子区域的G4结构起到了强效的稳定作用，从而抑制了c-MYC的转录。
图4 G4配体抑制c-MYC的转录
综上所述，本研究通过深入探索CX-5461、PDS和360A等化合物对c-MYC基因转录的影响，为精准调控G4稳定性提供了新的思路。这些发现不仅有助于理解G4结构在基因调控中的机制，也为开发基于G4的药物和治疗策略，特别是在癌症等疾病的治疗中，提供了重要的理论依据和实践方向。
文章编号：462
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c09074
原文引用：
Yashuo Zhang#, Yuanlei Cheng#, Qun Luo, Tongbo Wu, Junfeng Huo, Meng Yin, Hui Peng, Yang Xiao, Qingyi Tong,* and Huijuan You*. Distinguishing G-Quadruplexes Stabilizer and Chaperone for c-MYC Promoter G-Quadruplexes through Single-Molecule Manipulation. J. Am. Chem. Soc., 2024, 146, 6, 3689–3699. （#为共同第一作者）
