近日,，藥學(xué)院游慧娟教授、童擎一副教授最新合作研究成果“單分子操縱技術(shù)揭示穩(wěn)定劑和分子伴侶調(diào)控c-MYC啟動子G-四鏈體的折疊動力學(xué)”（Distinguishing G-Quadruplexes Stabilizer and Chaperone for c-MYC Promoter G-Quadruplexes through Single-Molecule Manipulation）在《美國化學(xué)會志》（Journal of the American Chemical Society）刊發(fā),，揭示了靶向G-四鏈體核酸的小分子藥物抗腫瘤作用機制,。
除了經(jīng)典的B型雙螺旋DNA結(jié)構(gòu)以外，富含鳥嘌呤的DNA也能形成特殊的四鏈核酸結(jié)構(gòu)G-四鏈體（G-quadruplexes,，G4）,。70%的癌基因啟動子區(qū)域都有G4形成序列的存在,，參與癌基因的表達調(diào)控。c-MYC是一種原癌基因,，也是一種轉(zhuǎn)錄因子,，影響許多基因的表達，讓細胞異常增殖,。然而,，由于c-MYC蛋白沒有明確的配體結(jié)合位點，使其成為了著名的“不可成藥”靶點,。2002年Hurley團隊的開創(chuàng)性工作表明,，結(jié)合G4的小分子TMPyP4能夠穩(wěn)定c-MYCG4，從而抑制c-MYC癌基因的表達,。迄今為止,，G4配體數(shù)據(jù)庫G4LDB 2.2 (http://www.g4ldb.com) 已收錄超過4400個化合物。此前研究表明G4配體雖然也能和雙鏈DNA結(jié)合,，但是卻能特異性的穩(wěn)定G4（提高熔融溫度Tm）,。因此，該領(lǐng)域一個關(guān)鍵的問題即是G4配體如何特異性的穩(wěn)定G4,。c-MYC啟動子G4是最受關(guān)注的G4結(jié)構(gòu)之一,，由于其高穩(wěn)定性和不同折疊構(gòu)象的存在，難以用系綜平均（ensemble average）的方法定量化合物對溶液中不同G4折疊構(gòu)象,。因此,，精準測量小分子如何影響G-四鏈體折疊的熱力學(xué)和動力學(xué)仍然是一個挑戰(zhàn)。
游慧娟和童擎一團隊合作首次在單分子水平揭示了G4配體特異性穩(wěn)定c-MYC啟動子G4的兩種不同作用方式：通過降低G4的折疊速率的G4穩(wěn)定劑和通過加速G4折疊速率的分子伴侶,。由于小分子配體與雙鏈handle之間的相互作用會增加單分子實驗中檢測G4去折疊信號的難度,，在該研究中通過構(gòu)建c-MYC啟動子G4的雙鏈發(fā)卡的單分子力學(xué)拉伸實驗提高了信噪比，首次得以測量到加入化合物后c-MYCG4去折疊力的具體數(shù)值,。該團隊分析了6種經(jīng)典的G4配體,，其中CX5461表現(xiàn)出最強的降低c-MYCG4去折疊速率的能力，而雙喹啉類化合物PDS和360A能夠顯著加速G4的折疊,，促進G4結(jié)構(gòu)的形成,。在Raji細胞系和對照CA46細胞系的RT-PCR結(jié)果表明，CX-5461能夠通過穩(wěn)定G4顯著下調(diào)c-MYC基因的表達,。這些結(jié)果揭示了通過小分子配體調(diào)控G4的折疊/去折疊動力學(xué),，以精確調(diào)節(jié)癌基因表達的潛力。
圖1. 單分子磁鑷拉伸實驗研究小分子調(diào)控G-四鏈體和雙鏈的競爭,。小分子穩(wěn)定G-四鏈體的兩種不同動力學(xué)機制:G4穩(wěn)定劑和G4分子伴侶,。
由于G-四鏈體形成序列在多個癌基因如KRAS，c-Kit, Bcl-2, VEGF的啟動子區(qū)域均存在,，通過小分子特異性穩(wěn)定這些啟動子G-四鏈體,，為靶向多種“不可成藥”癌基因提供了新策略,。單分子的方法也為研究小分子如何調(diào)控核酸折疊動力學(xué)的基本原理提供了有力的工具，為靶向核酸的藥物開發(fā)帶來新突破,。目前,，G-四鏈體穩(wěn)定劑CX-5461已進入II期臨床實驗。
圖2：RT-PCR結(jié)果表明CX-5461能通過穩(wěn)定G-四鏈體抑制c-MYC癌基因的表達,，其中Raji細胞的c-MYC啟動子含有G4形成序列,，而CA46細胞不含G4形成序列。
我校同濟醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院博士生張雅碩和武漢市中心醫(yī)院藥學(xué)部程遠磊博士為共同一作,，我校藥學(xué)院游慧娟教授和童擎一副教授為共同通訊作者,，吳曈勃教授參與研究。
論文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c09074
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