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    发布时间:2017-07-05 13:48:25    点击:1551

周俊副教授在G-四链体结构与性质的合作研究新进展发表在JACS上


    我院生命分析化学国家重点实验室周俊副教授在G-四链体结构与性质研究方面取得新进展,相关成果近期以“Unexpected position-dependent effects of ribose G-quartets in G-quadruplexes”为题,在国际著名期刊JACS上以Article的形式发表(J. Am. Chem. Soc.,2017, 139(23), 7768-7779.)。该项工作起始于周俊的前期研究,后经多方努力合作完成。周俊副教授为论文第一作者兼共同通讯作者,我校物理学院王炜教授和法国国立健康与卫生研究院(INSERM)Jean-Louis Mergny博士为本文的共同通讯作者;日本甲南大学Naoki Sugimoto教授,法国国立健康与卫生研究院Valérie Gabelica博士,我院鞠熀先教授等也对该工作相关实验给予了帮助,并对结果进行了讨论。
    富含G碱基的DNA或RNA序列都可以形成G-四链体结构。长期以来,一直认为由于RNA糖环2’碳原子上羟基的空间位阻效应,RNA G-四链体只会形成平行结构的G-四链体,且里面的糖苷键均为反式糖苷键。此外,RNA G-四链体要比相应的DNA G-四链体的稳定性要强,原因在于2’碳原子上的羟基导致RNA G-四链体结构产生脱水效应。周俊副教授在法国工作期间,发现这些认识过于简单化。为了详细地研究RNA G-四链体的性质,周俊副教授等巧妙地构建了一系列的分子内和分子间的DNA-RNA 嵌合G-四链体 (chimeric G-quadruplex) 来研究RNA G-四链体中羟基的作用。
    在分子内嵌合G-四链体中研究发现,RNA G-四链体中的2’-羟基并不是等同的作用,而是在不同的位置具有不同的性质。例如,羟基在G-四链体的5’端具有去稳定作用,而在中部时稳定作用最强,且这些位置依赖性具有累加效应(图A)。这是第一次发现G-四链体中羟基具有去稳定作用,而不是此前普遍认为的只有稳定作用。此外,研究中还发现用传统的水活度实验解释RNA G-四链体比DNA G-四链体稳定的原因并不贴切。
图A、羟基在G-四链体中不同的位置具有不同的热稳定性,甚至具有去稳定作用;图B、羟基在G-四链体中间位置时形成的两种可能的G-四链体结构。一种所有的糖苷键均为反式,另一种5’端的G-平面发生翻转,形成的是顺式糖苷键。
 
    上述实验结果在分子间嵌合G-四链体结构中的研究中得到了进一步的印证。更有意思的是,当羟基在G-四链体的中间位置时,其圆二色谱图在295nm处有一个肩峰。理论上,这个肩峰的出现暗示有顺式糖苷键的形成,而这一结果与传统的认识相悖,即羟基的空间位阻效应只会诱导反式糖苷键形成。为了弄清楚这个肩峰的出现的原因,几个课题组进行了长期的合作研究。一维NMR揭示可能存在多种G-四链体结构,这一结论得到了离子迁移率质谱(IMS) 的支持。详细的二维NMR结构分析发现当羟基在G-四链体中间位置时,会导致5’端的DNA G-平面发生由反式糖苷键到顺式糖苷键的构象翻转,此结论得到了分子动力学模拟结果的证实,即一种结构是所有的糖苷键均为反式糖苷键,另一种结构中5’端的G-平面是形成的顺式糖苷键,而其它的G-平面是反式糖苷键(图B)。这一工作给学术界提供了羟基在G-四链体结构中所起作用的全面信息,证明其位置在调节G-四链体结构和性质方面非常重要。
    该工作得到国家自然科学基金,国家973基础研究项目,中央高校基本业务费等经费的支持。
    周俊在中国科学院大连化学物理研究所李灿院士指导下获得博士学位,2014年4月回国任职于中国科学院大连化学物理研究所,2015年9月进入我院工作,回国后分别协助大化所李灿院士和我院鞠熀先教授指导博士研究生,在G-四链体催化有机化学反应、G-四链体/hemin DNAzyme等研究方面取得了初步进展(Biochimie, 2016, 121, 204-208; Chem. Commun., 2016, 52, 9644-9647;Chem. Eur. J., 2017, 23, 4210-4215; Biochim. Biophys. Acta, 2017, 1861, 1913-1920)。

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