G-四鏈體（G4）是一種普遍存在鳥嘌呤富集的DNA中的特殊二級(jí)結(jié)構(gòu)?？焖儆行У谋孀R(shí)G4 結(jié)構(gòu)對(duì)于理解它在基因表達(dá)以及生命過程中的影響具有重要的作用。然而，現(xiàn)有檢測(cè)方法都只局限于識(shí)別G-四鏈體核酸（G4-DNA）的一級(jí)結(jié)構(gòu)或者二級(jí)結(jié)構(gòu)。例如，DNA測(cè)序?qū)嵱糜诜治鯠NA的一級(jí)結(jié)構(gòu)；核磁技術(shù)或者圓二色光譜可以用于解析特殊DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)。沒有確定的技術(shù)可以同時(shí)兼顧G4-DNA的序列結(jié)構(gòu)和折疊結(jié)構(gòu)的檢測(cè)。
近日，美國伊利諾伊大學(xué)陸藝教授與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)梁好均教授合作，通過設(shè)計(jì)DNA在編碼金納米粒子生長中的作用實(shí)現(xiàn)了G4-DNA的識(shí)別與區(qū)分。將具有特定結(jié)構(gòu)的G4-DNA與金納米棒混合后再依次加入還原劑羥胺以及氯金酸，最終將得到不同的納米粒子結(jié)構(gòu)。因?yàn)榻鸺{米粒子的形貌大小決定了它們特殊的紫外可見吸收光譜，通過常用的紫外可見分光光度計(jì)即可實(shí)現(xiàn)G4-DNA的結(jié)構(gòu)區(qū)分。例如，不同的G4層數(shù)，在紫外可見吸收譜中的縱向表面等離子體吸收峰不同。G4堆疊的層數(shù)越少，最終產(chǎn)物的吸收峰紅移更加明顯。
除了能區(qū)分G4堆疊層數(shù)不同，作者進(jìn)一步探索該方法在辨識(shí)G4-DNA構(gòu)象上的應(yīng)用。平行與反平行作為兩種典型的G4-DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)是主要研究對(duì)象。首先利用不同金屬離子來穩(wěn)定DNA的結(jié)構(gòu)，不同構(gòu)象的DNA會(huì)控制合成不同納米粒子同時(shí)帶來吸收譜的變化。紅移程度越明顯的吸收譜對(duì)應(yīng)的是平行結(jié)構(gòu)G4-DNA，而反平行結(jié)構(gòu)DNA參與的體系紅移相對(duì)更弱；如果同時(shí)處于反平行構(gòu)象條件下，構(gòu)象越穩(wěn)定，吸收峰藍(lán)移越明顯。
末端堿基對(duì)于G-四鏈體的結(jié)構(gòu)與功能也息息相關(guān)，該方法成功應(yīng)用到G4-DNA的末端堿基（一級(jí)結(jié)構(gòu)）識(shí)別。特別是對(duì)于人類端粒衍生的兩種的G4-DNA的區(qū)分更加充分證實(shí)了該方法在G4領(lǐng)域研究的重要性以及普適性。
論文信息
Identifying and Differentiating Topological G-Quadruplex Structures with DNA-Encoded Plasmonic Gold Nanoparticles
Dr. Tingjie Song,Dr. Xiaojing Wang,Dr. Dongbao Yao,Prof. Haojun Liang,Prof. Yi Lu
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202204201
