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重磅:首次在人活细胞中追踪到DNA的四重螺旋结构的形成

2020-07-22 12:08 | 来源:生物探索 | 点击次数 :

早在1953年,沃森和克里克首次揭开DNA的结构之谜。从那以后,DNA的双螺旋结构便深入人心。近几年,一种“四螺旋”的 DNA 结构如雨后春笋般地从科研界中“冒”了出来,这种结构通常被称为G-四链体(G4s)。先前的研究发现,G4s在癌细胞内被大量检测到,可能与癌症相关基因关系密切,并且推测G4s或许可以用作早期癌症诊断和治疗中新的分子靶标。

近日,《Nature Chemistry》发表了一篇名为“Single-molecule visualisation of DNA 1 G-quadruplex formation in live cells”的文章,报道了一种荧光探针(SiR-PyPDS)能实时追踪到活细胞核中的G4s的单个结构分子,真正实现了在不干扰G4s动态折叠的情况下,在人活细胞中对其动态过程进行检测。

重磅:首次在人活细胞中追踪到DNA的四重螺旋结构的形成

doi: 10.1038/s41557-020-0506-4

由于细胞中G4s的稳态性可能受到蛋白质(例如解旋酶的调节),无法通过快速离体技术来追踪G4s。此外,一些常用于检测活细胞中DNA和RNA的探针浓度相对较高,这可能会干扰G4s的动态折叠过程以及引起细胞应激/毒性。针对此,该研究团队制备了具有G4s特异性的荧光探针,在低浓度的条件下结合小部分G4s(约4%)便可以实现对G4s实时追踪。

重磅:首次在人活细胞中追踪到DNA的四重螺旋结构的形成

使用荧光探针SiR-PyPDS对活细胞中的G4进行单分子荧光成像

接下来,研究团队试图估算在活细胞中被SiR-PyPDS标记的G4s的比例以及做了一系列与其他G4s形成序列的体外结合实验。结果发现,无论体内还是体外,SiR-PyPDS结合G4s观察到的驻留时间相当,说明SiR-PyPDS可以用于检测内源性的G4s。此外,为了深入了解活细胞中的G4折叠过程,研究团队使用了DNA甲基化试剂硫酸二甲酯 (DMS) 不可逆地捕获未折叠的G4状态。结果发现,随时间的变化,DMS处理后几分钟内细胞中SIR-PyPDS与G4s结合减少。

重磅:首次在人活细胞中追踪到DNA的四重螺旋结构的形成

 

活细胞中的G4s的动态折叠和展开过程

该研究团队认为,既然已经能够成像单个G4,那么便能追踪其在特定基因中的作用以及它们在癌症中的表达方式。正如英国剑桥化学与癌症研究系剑桥学院的Shankar Balasubramanian教授所说,“某些癌细胞对靶向G4s的小分子比非癌细胞更敏感,可能由于癌症前期或癌细胞中有着更多的G4s结构。”

从新生事物“G4s”的发现到可追踪其在活细胞中的动态折叠过程,每一步都是一大步,G4s与癌症相关基因密切相关已成事实,但能否利用其独特的DNA结构作为靶点来治疗癌症呢?小编以为,G4s可能离其迎来曙光已不远了。

参考资料:

[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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