2022年3月30日，國際化學(xué)領(lǐng)域頂級期刊Journal of the American Chemical Society（JACS, IF=15.419）在線發(fā)表了我校中藥學(xué)院孔令義教授團隊的最新研究成果"Oxidative Damage Induces a Vacancy G-Quadruplex that Binds Guanine Metabolites: Solution Structure of a cGMP Fill-in Vacancy G-Quadruplex in the Oxidized BLM Gene Promoter"。王凱波特聘研究員和劉玉霜博士后為本文的共同第一作者，孔令義教授和美國普渡大學(xué)Danzhou Yang教授為本文的通訊作者，中國藥科大學(xué)為本文第一通訊單位。
該研究發(fā)現(xiàn)，基因組中富含鳥嘌呤（G）的DNA序列，在Hoogsteen氫鍵和鉀或鈉離子的穩(wěn)定作用下，可以形成一種特殊的DNA二級結(jié)構(gòu)，即DNA G-四鏈體（G4）。G4在端粒和癌基因的啟動子區(qū)域大量存在，它們調(diào)控著癌基因的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯等過程，維護基因組穩(wěn)定，對癌細胞的生長、增殖、侵襲和永生化等至關(guān)重要，是重要的癌癥生物標(biāo)志物。此外，與雙鏈DNA明顯不同的是，G4可與小分子化合物特異性結(jié)合從而干擾癌基因的表達，最終殺滅癌細胞。因此，DNA G4被認(rèn)為抗癌藥物研究中是最具潛力的新靶點之一。
核磁共振技術(shù)（NMR）廣泛應(yīng)用于小分子化合物結(jié)構(gòu)解析，且在生物大分子（如核酸，蛋白質(zhì)等）結(jié)構(gòu)解析中也發(fā)揮著重要作用。特別是在DNA G4的結(jié)構(gòu)解析中，NMR技術(shù)能夠解析接近人體生理溶液環(huán)境下的G4結(jié)構(gòu)，相較于X-單晶衍射技術(shù)具有明顯優(yōu)勢。
在該項工作中，研究者廣泛采用NMR，ECD，MST和EMSA等技術(shù)手段，發(fā)現(xiàn)氧化損傷（ROS）可誘導(dǎo)人源BLM基因啟動子序列形成缺口G4，且該缺口G4可以被cGMP等天然鳥嘌呤代謝物填充和穩(wěn)定。通過進一步采集各種2D NMR 圖譜（包括NOESY、COSY、HSQC等），結(jié)合分子動力學(xué)模擬，解析了cGMP與該缺口G4結(jié)合復(fù)合物的NMR溶液結(jié)構(gòu)。此外，研究者通過分析多種體內(nèi)鳥嘌呤代謝物和抗病毒藥物與該缺口G4的相互作用情況，為生命體的基因表達調(diào)控提出了新機制。本研究通過解析cGMP?BLM-vG4復(fù)合物的結(jié)構(gòu)，為鳥嘌呤衍生物類抗癌藥物設(shè)計提供了結(jié)構(gòu)指導(dǎo)和新思路；同時也為基于氧化損傷形成缺口G4天然小分子抗癌藥物研究提供了理論基礎(chǔ)。
該項研究工作獲得了國家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金、中國藥科大學(xué)高層次海外引進人才基金等資助。
文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c00435
NMR解析的cGMP?BLM-vG4復(fù)合物結(jié)構(gòu)圖（PDB ID: 7WGW）
(供稿單位：中藥學(xué)院，撰寫人：劉玉霜，審稿人：吳旻玥)
