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早在1953年，沃森和克裡克首次揭開DNA的結構之謎。從那以後，DNA的雙螺旋結構便深入人心。近幾年，一種“四螺旋”的 DNA 結構如雨後春筍般地從科研界中“冒”了出來，這種結構通常被稱為G-四鍊體（G4s）。先前的研究發現，

G4s在癌細胞内被大量檢測到，可能與癌症相關基因關系密切，并且推測G4s或許可以用作早期癌症診斷和治療中新的分子靶标。

近日，《Nature Chemistry》發表了一篇名為“Single-molecule visualisation of DNA 1 G-quadruplex formation in live cells”的文章，報道了一種熒光探針（SiR-PyPDS）能實時追蹤到活細胞核中的G4s的單個結構分子，真正實現了在不幹擾G4s動态折疊的情況下，在人活細胞中對其動态過程進行檢測。

doi: 10.1038/s41557-020-0506-4

由于細胞中G4s的穩态性可能受到蛋白質（例如解旋酶的調節），無法通過快速離體技術來追蹤G4s。此外，一些常用于檢測活細胞中DNA和RNA的探針濃度相對較高，這可能會幹擾G4s的動态折疊過程以及引起細胞應激/毒性。針對此，

該研究團隊制備了具有G4s特異性的熒光探針，在低濃度的條件下結合小部分G4s

（約4%）便可以實現對G4s實時追蹤。

使用熒光探針SiR-PyPDS對活細胞中的G4進行單分子熒光成像

接下來，研究團隊試圖估算在活細胞中被SiR-PyPDS标記的G4s的比例以及做了一系列與其他G4s形成序列的體外結合實驗。結果發現，無論體内還是體外，SiR-PyPDS結合G4s觀察到的駐留時間相當，說明SiR-PyPDS可以用于檢測内源性的G4s。此外，為了深入了解活細胞中的G4折疊過程，研究團隊使用了DNA甲基化試劑硫酸二甲酯 (DMS) 不可逆地捕獲未折疊的G4狀态。結果發現，随時間的變化，DMS處理後幾分鐘内細胞中SIR-PyPDS與G4s結合減少。

活細胞中的G4s的動态折疊和展開過程

該研究團隊認為，既然已經能夠成像單個G4，那麼便能追蹤其在特定基因中的作用以及它們在癌症中的表達方式。正如英國劍橋化學與癌症研究系劍橋學院的Shankar Balasubramanian教授所說，“

某些癌細胞對靶向G4s的小分子比非癌細胞更敏感，可能由于癌症前期或癌細胞中有着更多的G4s結構。

”

從新生事物“G4s”的發現到可追蹤其在活細胞中的動态折疊過程，每一步都是一大步，G4s與癌症相關基因密切相關已成事實，但能否利用其獨特的DNA結構作為靶點來治療癌症呢？小編以為，G4s可能離其迎來曙光已不遠了。

End

參考資料：

[1] Single-molecule visualisation of DNA 1 G-quadruplex formation in live cells

[2] High-throughput sequencing of DNA G-quadruplex structures in the human genome

[3] DNA G-quadruplexes in the human genome: detection, functions and therapeuticPotential

[4] Quantitative visualization of DNA G-quadruplex structures in human cells

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