G-四鏈體核酸結構及催化功能研究取得進展

近日，中國科學院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室中科院院士李燦、博士研究生程明攀等在G-四鏈體核酸（G4-DNA）結構性質和催化功能研究方面取得進展，發現G4-DNA的loop區域序列的排列組合方式對富含鳥嘌呤（guanine，G）的DNA序列摺疊形成的G4-DNA的二級結構和熱穩定性具有重要影響，調節loop區域可以優化調變G4-DNA核酸酶的催化性能。相關研究工作發表在《核酸研究》（Nucleic Acids Research）上。

人端粒末端G4-DNA的結構和性質是目前核酸研究的一個前沿課題。李燦研究組較早開展相關研究，特別是G4-DNA的酶催化功能的探索研究，旨在期望DNA催化研究工作能為人類健康研究有所貢獻。該研究組前期研究發現，人端粒G4-DNA能夠催化不對稱Diels-Alder反應（Angew. Chem. Int. Ed.）和Friedel-Crafts反應（Chem. Commun.），將單個G4-DNA延長到多個G4-DNA可顯著提高反應的立體選擇性和催化活性（ChemBioChem; Chem. Commun.）。隨後，該研究組發展了使用靶向識別G4-DNA的潛在抗癌藥物小分子作為催化輔因子的高活性高立體選擇性DNA酶（Chem. Sci.），並報道了首例DNA催化實現的不對稱氧化反應（Chem. Commun.）。近期，該研究組發展了熒光-猝滅方法用於研究DNA的不對稱催化反應機理（ChemBioChem; Biochimie）。這些工作確認G4-DNA對一些生理條件下的反應具有酶催化功能。

前期基於人端粒末端G4-DNA序列研究發現，通過改變loop相對位置使得G4-DNA由雜化結構轉變成平行結構，顯著提高了由G4-DNA與血紅素構成的類過氧化氫酶的催化活性（Biochim. Biophys. Acta）。在該工作中發現，G4-DNA摺疊結構對loop排列的依賴是一個普遍性規律，改變loop序列的相對排列位置，G4-DNA可能會摺疊形成平行、雜化或反平行構象，且會影響熔點溫度。統計規律表明，當長loop位於中間位置時，該類序列更有可能形成高穩定性的非平行結構；當短loop位於中間位置時，該類序列可形成穩定性相對較低的平行結構。生物信息學分析發現，該工作研究的21組總計99條序列中，大部分序列存在於多種生物的染色體中，由此推論loop排列方式可能會影響G4-DNA的生理功能。

該研究工作得到國家自然科學基金和遼寧省自然科學基金資助。南京大學副教授周俊、法國國立健康與衛生研究院（INSERM）教授Jean-Louis Mergny參與合作研究。大連化物所熱化學創新特區研究組和核磁技術研究組分別在等溫滴定量熱檢測核酸熔點實驗和核酸核磁共振實驗方面提供了支持。

大連化物所G-四鏈體核酸結構及催化功能研究取得進展

來源：中國科學院大連化學物理研究所

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