活性氧（ROS）作為細胞代謝的天然副產物，在正常生理條件下參與調控細胞增殖、分化和免疫應答等過程。然而，當細胞受到內外源刺激導致ROS過度積累時，會引發DNA氧化損傷，威脅基因組穩定性，并與衰老及癌癥的發生密切相關。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結構，廣泛存在于基因啟動子、端粒及轉錄調控區域。由于G4結構本身由富G序列構成，其穩定性和調控功能易受到ROS及O8G修飾的影響。NEIL3 作為堿基切除修復通路中的關鍵DNA糖基化酶，負責識別并清除氧化損傷堿基。值得關注的是，NEIL3基因啟動子區含有可形成G4結構的富G序列，且該序列存在潛在的氧化位點。然而，野生型NEIL3-G4及其O8G修飾形式的高分辨率結構仍未解析，因此，探索揭示NEIL3-G4及其O8G修飾結構對深入理解其生物學功能及靶向治療藥物的開發具有重要的科學研究意義。
孔令義/王凱波團隊研究發現，NEIL3基因啟動子序列主要形成parallel型與（3+1）hybrid-1型兩種G4拓撲結構，呈現顯著的結構多態性。位點特異性O8G修飾顯著限制了NEIL3啟動子G4的結構多態性，并選擇性穩定parallel或（3+1）hybrid-1型G4結構，揭示了氧化堿基損傷在調控G4結構選擇與功能轉化中的關鍵作用。研究人員通過采集不同溫度下，鉀離子溶液中NEIL3 DNA的一系列1D，2D NMR譜圖，根據NOESY數據，提取H-H之間的距離信息，利用Amber和Xplor-NIH等軟件進行H-H距離限制的分子動力學模擬，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構。研究人員進一步證實，野生型與氧化型NEIL3-G4可有效抑制DNA復制過程，且NEIL3-G4在正常及氧化應激條件下均能激活NEIL3基因表達。本研究強調了O8G誘導的G4結構可塑性在細胞應對氧化應激及調控基因表達過程中的重要作用。解析的高分辨率溶液結構為后續機制研究提供了關鍵的結構框架，并為開發針對癌癥及神經退行性疾病的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，中藥學院孔令義教授、王凱波研究員為共同通訊作者，中國藥科大學為唯一通訊單位。本研究工作得到了國家自然科學基金、江蘇省雙創團隊、江蘇省自然科學基金、中央高校基本科研業務費等資助。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202526126
氧化應激ROS等精準調控NEIL3啟動子G-四鏈體結構和功能變化
（供稿單位：中藥學院，撰寫人：孫沁怡，審稿人：劉帆）
