導讀：四螺旋DNA不僅不會讓你變超人，還會讓你得癌癥？英國劍橋大學等研究機構的細胞現研究人員首次實現活細胞四螺旋DNA的單分子可視化，并對其功能進行解析！中首

自然界中，癌細除了少數RNA病毒，胞中絕大多數的更多生物均以DNA（脫氧核糖核酸）作為遺傳物質?；虻念惢盥菪鄻有詠碜訢NA中4種堿基的數目及其排列順序，不僅如此，細胞現DNA的中首空間結構也會影響著基因的表達。

1953年4月25日，癌細詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克、胞中羅莎琳德·富蘭克林、更多威爾金斯等人同時在 Nature 雜志發表了3篇論文，類活螺旋首次揭開DNA的細胞現結構之謎，人類正式開啟了分子生物學時代。中首自此之后，標志性的雙螺旋結構便成為公眾對DNA的默認印象。

然而，DNA作為最主要的遺傳物質，就只有這一種結構嗎？

實際上，DNA還能以其他的結構形式存在，例如三螺旋、四螺旋等，這些特殊的DNA結構也常常出現在某些科幻電影和小說中，以此解釋外星生命非比尋常的能力。然而，科學證明，這些特殊的DNA結構并不神秘，而且存在于每個人體內。

對此，科學家推測這些“額外”的結構形式可能在DNA編碼被“讀取”的時間和方式上扮演著重要的角色。

近日，劍橋大學、倫敦帝國理工學院和利茲大學等研究機構在 Nature Chemistry 雜志上聯合發表了題為：Single-molecule visualization of DNA G-quadruplex formation in live cells 的研究論文。

該研究發明了一種熒光標記，它可以附著在人類活細胞的DNA G-四聯體（G4s）上，這使得研究人員第一次觀察到了這種特殊的DNA結構是如何形成的，以及它在或細胞中發揮了什么樣的功能。

DNA四螺旋結構，因富含鳥嘌呤（G）又被稱為DNA G-四聯體（G4s）。

早在2018年，澳大利亞Garvan醫學研究所的研究人員就曾在 Nature Chemistry 上發表過題為：I-motif DNA structures are formed in the nuclei of human cells 的研究論文，這也是人類第一次在活細胞內確認DNA四螺旋結構的存在——i-motif。

詳情點擊：Nature子刊：首次在人體細胞內發現DNA四螺旋結構

但值得注意的是，之前有關DNA G-四聯體（G4s）的研究報道中所使用的觀察技術往往需要殺死細胞或使用高濃度的化學探針，從而觀察G4s的形成。因此，直到現在，G4s在正?；罴毎械膶嶋H存在和動態變化仍未被追蹤到。

此前，研究團隊使用了抗體和小分子，它們可以找到并附著在G4s上，但需要非常高的濃度。這意味著探針分子本身就可能會破壞DNA，導致后者形成G4s，而不是檢測天然形成的G4s。

在此項研究中，研究團隊發明了一種新的、非?！懊髁痢钡臒晒馓结樂肿印猄iR-PyPDS，并且這種熒光分子被設計成可以非常容易地附著在G4s上。因此，研究人員可以通過單分子顯微鏡觀察到比以前濃度低1000倍的新探針。

探針數量少意味著研究團隊并不指望對細胞中的每一個G4s進行成像觀察，而是要求可以識別和追蹤單個G4s，以此了解它們的基本生物學功能，并且不影響它們在細胞中的總體普遍性和穩定性。

對此，文章的主要作者、新熒光標記方法的開發者 Aleks Ponjavic 博士說道：“我們的探針與G4結合僅幾毫秒而不影響其穩定性，這使得我們能夠在不受外界影響的情況下研究G4在自然環境中的行為。”

研究人員發現，G4s的形成和消散速度非常快，這表明它們的形成只是用來執行某種特定的功能，如果持續時間過長，反而可能對正常的細胞過程產生毒性。

Aleks Ponjavic等推測DNA形成G4s是為了暫時保持它的開放狀態，并促進轉錄等過程——DNA解碼并表達相應的蛋白。

這意味著G4s是一種“基因表達”的結構形式，即激活DNA中的部分遺傳密碼。

更令人驚訝的是，研究團隊發現G4s似乎與癌癥相關基因有更多的關聯性——在癌細胞中檢測到更多的G4s。研究人員表示，通過對活細胞中G4s的單分子可視化技術，他們可以追蹤G4s在特定基因中的作用以及它們在癌癥中的表達方式。

研究的主要領導者之一Marco Di Antonio博士評論道：“現在我們可以實時跟蹤細胞中的G4s，我們可以直接了解它們的生物學作用是什么，這是基礎生物學的一個新領域，可能為癌癥等疾病的診斷和治療開辟新的途徑?！?/p>

出处：头条号 @生物世界