2022年3月30日，國際化學領域頂級期刊Journal of the American Chemical Society（JACS, IF=15.419）在線發表了我校中藥學院孔令義教授團隊的最新研究成果"Oxidative Damage Induces a Vacancy G-Quadruplex that Binds Guanine Metabolites: Solution Structure of a cGMP Fill-in Vacancy G-Quadruplex in the Oxidized BLM Gene Promoter"。王凱波特聘研究員和劉玉霜博士后為本文的共同第一作者，孔令義教授和美國普渡大學Danzhou Yang教授為本文的通訊作者，中國藥科大學為本文第一通訊單位。
該研究發現，基因組中富含鳥嘌呤（G）的DNA序列，在Hoogsteen氫鍵和鉀或鈉離子的穩定作用下，可以形成一種特殊的DNA二級結構，即DNA G-四鏈體（G4）。G4在端粒和癌基因的啟動子區域大量存在，它們調控著癌基因的復制、轉錄、翻譯等過程，維護基因組穩定，對癌細胞的生長、增殖、侵襲和永生化等至關重要，是重要的癌癥生物標志物。此外，與雙鏈DNA明顯不同的是，G4可與小分子化合物特異性結合從而干擾癌基因的表達，最終殺滅癌細胞。因此，DNA G4被認為抗癌藥物研究中是最具潛力的新靶點之一。
核磁共振技術（NMR）廣泛應用于小分子化合物結構解析，且在生物大分子（如核酸，蛋白質等）結構解析中也發揮著重要作用。特別是在DNA G4的結構解析中，NMR技術能夠解析接近人體生理溶液環境下的G4結構，相較于X-單晶衍射技術具有明顯優勢。
在該項工作中，研究者廣泛采用NMR，ECD，MST和EMSA等技術手段，發現氧化損傷（ROS）可誘導人源BLM基因啟動子序列形成缺口G4，且該缺口G4可以被cGMP等天然鳥嘌呤代謝物填充和穩定。通過進一步采集各種2D NMR 圖譜（包括NOESY、COSY、HSQC等），結合分子動力學模擬，解析了cGMP與該缺口G4結合復合物的NMR溶液結構。此外，研究者通過分析多種體內鳥嘌呤代謝物和抗病毒藥物與該缺口G4的相互作用情況，為生命體的基因表達調控提出了新機制。本研究通過解析cGMP?BLM-vG4復合物的結構，為鳥嘌呤衍生物類抗癌藥物設計提供了結構指導和新思路；同時也為基于氧化損傷形成缺口G4天然小分子抗癌藥物研究提供了理論基礎。
該項研究工作獲得了國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金、中國藥科大學高層次海外引進人才基金等資助。
文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c00435
NMR解析的cGMP?BLM-vG4復合物結構圖（PDB ID: 7WGW）
(供稿單位：中藥學院，撰寫人：劉玉霜，審稿人：吳旻玥)
