毛宗万教授团队首次在活细胞实现核酸G-四链体结构的可视和量化探测

chunyu

众所周知，DNA是储存和传递遗传信息的场所，是许多疾病的主要药物靶点。其中富含鸟嘌呤的寡核苷酸可以自组装形成两层或多层的的G-四链体结构。G-四链体DNA可以在特定的细胞环境和细胞周期自组装形成以执行特定的生物学过程，包括DNA复制、基因表达、基因组稳定性和端粒生物学等。为了进一步阐明G-四链体DNA的结构-功能关系及其在癌症诊断和治疗中的潜在应用，迫切需要发展对体内G-四链体DNA的可视和定量探测方法。然而由于G-四链体DNA具有结构多态性等因素，实时定量检测体内G-四链体DNA结构仍然具有挑战性。
       众所周知，DNA是储存和传递遗传信息的场所，是许多疾病的主要药物靶点。其中富含鸟嘌呤的寡核苷酸可以自组装形成两层或多层的的G-四链体结构。G-四链体DNA可以在特定的细胞环境和细胞周期自组装形成以执行特定的生物学过程，包括DNA复制、基因表达、基因组稳定性和端粒生物学等。为了进一步阐明G-四链体DNA的结构-功能关系及其在癌症诊断和治疗中的潜在应用，迫切需要发展对体内G-四链体DNA的可视和定量探测方法。然而由于G-四链体DNA具有结构多态性等因素，实时定量检测体内G-四链体DNA结构仍然具有挑战性。

       近日，中山大学毛宗万教授团队报道了一种三叉阳离子荧光探针（NBTE），该探针对G-四链体及其他拓扑构型的DNA具有不同的荧光响应，其中NBTE与G-四链体结合后具有更高的荧光量子产率和荧光寿命响应。为了进一步理解NBTE与G-四链体的相互作用方式，我们用NMR的方法解析了NBTE与两种G-四链体的复合物溶液结构。
       基于对NBTE的荧光寿命成像(FLIM）的光子数分析，我们成功实现了定量探测活细胞中G-四链体DNA的百分含量。利用该方法分析了三组癌细胞和正常细胞中的G-四链体DNA的百分含量，发现癌细胞中G-四链体DNA含量是正常细胞的约四倍，这揭示了该探针在癌细胞检测中的潜在应用。我们的工作为开发精确的探针用于探测活细胞中的G-四链体结构提供了一种新的方法。
       研究成果近期发表在化学顶级期刊《德国应用化学》上，题目为“Quantitative Detection of G-Quadruplex DNA in Live Cells Based on Photon Counts and Complex Structure Discrimination”, Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59 (24), 9719–9726.
       中山大学在读博士研究生刘柳宜和在站博士后刘文婷为论文的第一作者，中山大学毛宗万教授为通讯作者。
      上述研究工作得到了国家自然科学基金、教育部创新团队、广东省科技计划项目和中央高校基础研究经费等项目的资助。
      全文链接： https://doi.org/10.1002/anie.202002422


      文章来源：中山大学
      毛宗万，中山大学化学学院教授，担任中国化学会理事、化学生物学专业委员会副主任、广东省化学会理事长、英国皇家化学会会士、J. Inorg. Bichem.、《药物进展》等杂志编委。曾获国家杰出青年科学基金、国家自然科学二等奖（排名第一）、广东省自然科学一等奖（排名第一）。已在Chem. Soc. Rev.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem.、Biomaterials等杂志上发表论文170余篇，出版专著教材4部。