近日，我组李灿院士、博士生程明攀等人在G-四链体核酸（G4-DNA）结构性质和催化功能研究方面取得进展，发现G4-DNA 的loop区域序列的排列组合方式对富含鸟嘌呤（Guanine，G）的DNA序列折叠形成的G4-DNA的二级结构和热稳定具有重要影响，进而调节loop区域可以优化调变G4-DNA核酸酶的催化性能。相关研究工作发表在核酸领域的顶级期刊《核酸研究》（Nucleic Acids Research）上。
人端粒末端G4-DNA的结构和性质是目前核酸研究的一个前沿课题。我组较早开展相关研究，特别是G4-DNA的酶催化功能的探索研究，旨在期望DNA催化研究工作能为人类健康研究有所贡献。前期研究发现人端粒G4-DNA能够催化不对称Diels-Alder反应（Angew. Chem. Int. Ed.）和Friedel-Crafts（Chem. Commun.）反应，将单个G4-DNA延长到多个G4-DNA可显著提到反应的立体选择性和催化活性（ChemBioChem;Chem. Commun）。之后，还发展了使用靶向识别G4-DNA的潜在抗癌药物小分子作为催化辅因子的高活性高立体选择性DNA酶（Chem. Sci.）。报道了首例DNA实现的不对称氧化反应（Chem. Commun.）。 近期，还发展荧光-猝灭的方法用于研究DNA的不对称催化反应机理（ChemBioChem; Biochimie）。这些工作确认G4-DNA对于一些生理条件下的反应具有酶催化功能。
前期基于人端粒末端G4-DNA序列发现，通过改变loop相对位置使得G4-DNA由杂化结构转变成平行结构，从而显著提高由G4-DNA与血红素构成的类过氧化氢酶催化活性（Biochim Biophys Acta）。在本工作中发现G4-DNA折叠结构对loop排列的依赖是一个普遍性规律，改变loop序列的相对排列位置，G4-DNA可能会折叠形成平行、杂化或反平行构象，且会影响熔点温度。统计规律表明，当长loop位于中间位置时，该类序列更有可能形成高稳定性的非平行结构；当短loop位于中间位置时，该类序列形成稳定性相对较低的平行结构。生物信息学分析发现，该工作研究的21组总计99条序列中，大部分序列存在于多种生物的染色体中，由此推论loop排列方式可能会影响G4-DNA的生理功能。
该研究工作受到国家和辽宁省自然科学基金资助。南京大学周俊副教授和法国Jean-Louis Mergny教授参与了合作研究。大连化物所DNL19T1组史全研究员组帮助进行了等温滴定量热检测核酸熔点实验以及DNL2004组艾选军研究员组在核酸核磁共振实验方面提供了支持。
（文/图 程明攀
