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并非所有DNA看起来都像我们熟悉的扭曲梯子。有时，我们遗传密码的某些部分会折叠成不寻常的形状。G-四链体（G4）就是这样一种结构，它看起来像一个结。这些结在基因开启或关闭方面发挥着重要作用。但如果不能及时解开，它们就会损害我们的基因组。现在，来自Hubrecht研究所Knipscheer小组的研究人员与卡罗琳斯卡医学院合作，发现了一种令人惊讶的机制，可以控制这些结的形成。他们的研究成果于6月12日发表在《科学》杂志上，可能为治疗癌症等疾病带来新的方法。
并非所有DNA看起来都像我们熟悉的扭曲梯子。有时，我们遗传密码的某些部分会折叠成不寻常的形状。G-四链体（G4）就是这样一种结构，它看起来像一个结。这些结在基因开启或关闭方面发挥着重要作用。但如果不能及时解开，它们就会损害我们的基因组。现在，来自Hubrecht研究所Knipscheer小组的研究人员与卡罗琳斯卡医学院合作，发现了一种令人惊讶的机制，可以控制这些结的形成。他们的研究成果于6月12日发表在《科学》杂志上，可能为治疗癌症等疾病带来新的方法。
我们的DNA通常呈双螺旋结构。然而，在某些条件下，单链DNA可以折叠成G-四链体（G4）结构，看起来像一个结。这些结通常形成在鸟嘌呤（G）碱基较多的区域。它们参与调控重要的转录过程，即DNA被复制成RNA的过程。
但G4是把双刃剑。它们虽然有助于基因调控，但如果不能及时解开，可能会导致突变，破坏基因表达，甚至导致癌症或早衰。因此，细胞需要快速有效地解开这些结的工具。
青蛙卵提取物用于研究DNA结
为了研究细胞如何解开G4结构，研究人员需要一个能够在活细胞外重现这一过程的系统。他们使用了来自非洲爪蟾（Xenopus laevis）卵的蛋白质提取物。这些提取物几乎包含了真实细胞内的所有物质，尤其是DNA复制和修复所需的蛋白质。这种设置使团队能够引入具有G4结构的DNA，并观察解开的逐步过程。他们还可以精确定位驱动这一机制的蛋白质。
RNA的新作用
利用该系统，研究人员发现了RNA分子一个令人惊讶的新作用。“在以DNA修复作用而闻名的蛋白质的帮助下，RNA与G4结构对面的DNA链结合，形成一个称为‘G环’的结构。这种G环结构是解开缠绕机制的重要中间体，保护基因组免于分解，”第一作者Koichi Sato说道。尽管RNA以其通过翻译进行蛋白质生产的功能最为人所知，但这种机制为RNA在基因组保护方面增添了一个此前未被认识的作用。
保持细胞健康
G环就像一个额外蛋白质的着陆垫。这些蛋白质解开G4结，破坏G环，并将DNA转变为正常的双螺旋结构。得益于与卡罗琳斯卡医学院的Simon Els?sser和Jing Lyu的合作，该团队发现G环有助于解开整个基因组中的G4结。
“我们惊讶地发现，即使没有真正的DNA损伤，G4结构也会被识别为DNA损伤，”研究小组负责人Puck Knipscheer解释说。G环负责引入通常修复DNA损伤的蛋白质。但在这里，细胞将G4结构视为断裂的DNA，从而触发DNA损伤反应。这使得细胞能够快速采取行动，防止日后出现严重问题。
更妙的是，这个过程能够更新周围的DNA并去除有害的修饰。该团队展示了这一机制对细胞健康的重要性。当它失效时，G4就会积聚，并在细胞分裂前DNA需要复制时造成严重问题。这会导致DNA断裂，阻碍细胞生长。
利用G4结对抗癌症
G环机制的发现解答了关于细胞如何保护DNA的关键科学问题，并可能为未来的治疗打开大门。许多癌症与DNA修复问题有关。G4结构在癌细胞中尤其丰富，如果细胞无法解开它们，就会导致DNA损伤和细胞死亡。靶向G环机制可能是打击癌细胞薄弱环节的一种巧妙方法。例如，通过增加G4结的数量或阻止其修复，可以选择性地杀死癌细胞。然而，还需要更多研究来确定这是否真的能够阻止癌细胞的生长。
RNA transcripts regulate G-quadruplex landscapes through G-loop formation
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