活性氧（ROS）作為細(xì)胞代謝的天然副產(chǎn)物，在正常生理?xiàng)l件下參與調(diào)控細(xì)胞增殖、分化和免疫應(yīng)答等過(guò)程。然而，當(dāng)細(xì)胞受到內(nèi)外源刺激導(dǎo)致ROS過(guò)度積累時(shí)，會(huì)引發(fā)DNA氧化損傷，威脅基因組穩(wěn)定性，并與衰老及癌癥的發(fā)生密切相關(guān)。在DNA堿基中，鳥嘌呤（G）因具有最低的氧化還原電位而最易被氧化，生成8-氧代鳥嘌呤（O8G）。G-四鏈體（G-quadruplex，G4）是一類由富鳥嘌呤序列自組裝形成的特殊核酸二級(jí)結(jié)構(gòu)，廣泛存在于基因啟動(dòng)子、端粒及轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)域。由于G4結(jié)構(gòu)本身由富G序列構(gòu)成，其穩(wěn)定性和調(diào)控功能易受到ROS及O8G修飾的影響。NEIL3 作為堿基切除修復(fù)通路中的關(guān)鍵DNA糖基化酶，負(fù)責(zé)識(shí)別并清除氧化損傷堿基。值得關(guān)注的是，NEIL3基因啟動(dòng)子區(qū)含有可形成G4結(jié)構(gòu)的富G序列，且該序列存在潛在的氧化位點(diǎn)。然而，野生型NEIL3-G4及其O8G修飾形式的高分辨率結(jié)構(gòu)仍未解析，因此，探索揭示NEIL3-G4及其O8G修飾結(jié)構(gòu)對(duì)深入理解其生物學(xué)功能及靶向治療藥物的開(kāi)發(fā)具有重要的科學(xué)研究意義。
孔令義/王凱波團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，NEIL3基因啟動(dòng)子序列主要形成parallel型與（3+1）hybrid-1型兩種G4拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)顯著的結(jié)構(gòu)多態(tài)性。位點(diǎn)特異性O(shè)8G修飾顯著限制了NEIL3啟動(dòng)子G4的結(jié)構(gòu)多態(tài)性，并選擇性穩(wěn)定parallel或（3+1）hybrid-1型G4結(jié)構(gòu)，揭示了氧化堿基損傷在調(diào)控G4結(jié)構(gòu)選擇與功能轉(zhuǎn)化中的關(guān)鍵作用。研究人員通過(guò)采集不同溫度下，鉀離子溶液中NEIL3 DNA的一系列1D，2D NMR譜圖，根據(jù)NOESY數(shù)據(jù)，提取H-H之間的距離信息，利用Amber和Xplor-NIH等軟件進(jìn)行H-H距離限制的分子動(dòng)力學(xué)模擬，解析了（3+1）hybrid-1 NEIL3-G4、（3+1）hybrid-1氧化型NEIL3-G4和parallelNEIL3-G4在含K?溶液中的三維溶液結(jié)構(gòu)。研究人員進(jìn)一步證實(shí)，野生型與氧化型NEIL3-G4可有效抑制DNA復(fù)制過(guò)程，且NEIL3-G4在正常及氧化應(yīng)激條件下均能激活NEIL3基因表達(dá)。本研究強(qiáng)調(diào)了O8G誘導(dǎo)的G4結(jié)構(gòu)可塑性在細(xì)胞應(yīng)對(duì)氧化應(yīng)激及調(diào)控基因表達(dá)過(guò)程中的重要作用。解析的高分辨率溶液結(jié)構(gòu)為后續(xù)機(jī)制研究提供了關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)框架，并為開(kāi)發(fā)針對(duì)癌癥及神經(jīng)退行性疾病的G4靶向治療策略提供了潛在理論支持。
該研究成果近日以“Oxidative Damage Fine-Tunes G-Quadruplex Structures in Human Gene Promoters”為題作為封面文章發(fā)表于Angewandte Chemie International Edition上。我校博士研究生王宇和王瑩瑩為論文第一作者，中藥學(xué)院孔令義教授、王凱波研究員為共同通訊作者，中國(guó)藥科大學(xué)為唯一通訊單位。本研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省雙創(chuàng)團(tuán)隊(duì)、江蘇省自然科學(xué)基金、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)等資助。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202526126
氧化應(yīng)激ROS等精準(zhǔn)調(diào)控NEIL3啟動(dòng)子G-四鏈體結(jié)構(gòu)和功能變化
（供稿單位：中藥學(xué)院，撰寫人：孫沁怡，審稿人：劉帆）