來自人類 c-MYC 啟動子和端粒的 DNA G4 結構被認為是重要的藥物靶點；然而，開發(fā)基于小分子的熒光結合配體，在靶向這些 G4 結構方面比其他類型的核酸具有高度選擇性。
2022年2月15日，廣東工業(yè)大學盧宇靖，張焜及香港理工大學Wing-Leung Wong共同通訊在Nucleic Acids Research（IF=17）在線發(fā)表題為“Rational design of small-molecules to recognize G-quadruplexes of c-MYC promoter and telomere and the evaluation of their in vivo antitumor activity against breast cancer ”的研究論文，該研究報告了一種基于非選擇性噻唑橙支架設計小分子的新方法，以提供與 G4 基序的側(cè)翼殘基和環(huán)的雙向和多位點相互作用，以獲得更好的選擇性。配體旨在在 G4 結合口袋中建立多位點相互作用。
這種結構特征可以使分子對 c-MYC G4 的選擇性高于其他結構。用 1H NMR 研究的配體-G4 相互作用可能表明與末端 G4的堆積相互作用。此外，與 BG4 的細胞內(nèi)共定位研究和與 BRACO-19 的細胞競爭實驗可能表明細胞中配體的結合靶點很可能是 G4 結構。此外，優(yōu)先結合 c-MYC 啟動子或端粒 G4 的配體能夠顯著下調(diào) MCF-7 細胞中 c-MYC 和 hTERT 基因的表達，并誘導癌細胞衰老和 DNA 損傷。該研究還證明了配體在攜帶 MCF-7 腫瘤的小鼠中的體內(nèi)抗腫瘤活性。
脫氧核糖核酸 (DNA) 和核糖核酸 (RNA) 等核酸是重要的遺傳物質(zhì)，在生命活動中發(fā)揮著許多重要作用。核酸的結構是復雜的，這是由于在不同條件下通過堿基之間的相互作用形成了各種高級結構。這些結構通常被認為具有調(diào)節(jié)細胞活動的某些獨特功能，但與高級結構相關的大多數(shù)生物學機制尚不完全清楚。因此，對 DNA 和 RNA 的高階結構的研究是一個重要的研究課題，特別是在定量分析、特異性鑒定、基因組學開發(fā)以及功能基因研究和應用方面。在體內(nèi)實時識別任何特定類型的 DNA 結構，例如 G-四鏈體 (G4)，以監(jiān)測它們的結構動力學并研究它們在活細胞中的生物活性是一項具有挑戰(zhàn)性的任務。人類基因組中可能的 G4-DNA 基序數(shù)量可能達到 700,000 或更多。重要的是建立一種高選擇性的分子工具來區(qū)分細胞中的 G4-DNA 結構，以便在活細胞或體內(nèi)的某些條件下探測某些 G4-DNA 結構的存在，并了解相關的 G4-DNA 結構。然而，很難以高特異性預測和識別所有這些獨特的分子，因為 G4 結構大多共享相同的鳥嘌呤四分體核心結構，盡管它們的環(huán)和 3'-和 5'-末端的側(cè)翼序列顯著不同。設計有靶向環(huán)和/或側(cè)翼序列和鳥嘌呤四聯(lián)體的官能團的配體與其他類型的核酸相比可以實現(xiàn)更好的與 G4 結構的相互作用或區(qū)分。近年來，G4 結構已成為發(fā)現(xiàn)體內(nèi)調(diào)節(jié)端粒維持、轉(zhuǎn)錄、復制和翻譯功能的熱門研究課題。許多這些 G4 結構被發(fā)現(xiàn)是進化保守的。在 c-MYC 啟動子和端粒中形成的 G4 結構的分子識別和穩(wěn)定被認為是 G4 生物功能基礎研究和新型抗癌藥物設計的重要策略。越來越多的證據(jù)表明 c-MYC 啟動子的 G4 結構，例如 Pu27，是癌癥研究的一個非常重要的靶標。最近的一些研究發(fā)現(xiàn)，c-MYC 致癌基因的表達與細胞增殖的增強和細胞分化的抑制密切相關。發(fā)現(xiàn)大約 20% 的人類腫瘤與 c-MYC 過表達有關。文章模式圖（圖源自Nucleic Acids Research ）
一些最近報道的穩(wěn)定 c-MYC 啟動子 G4-DNA 的分子結合劑被發(fā)現(xiàn)能夠在體內(nèi)抑制腫瘤生長，這支持 c-MYC 可能是一個重要的藥物靶點。核酸酶超敏反應元件 III1 (NHE III1) 是一個 27 bp 序列 (Pu27)，位于 c-MYC P1 啟動子上游 -142 至 -115 bp，它控制 85-90% 的 c-MYC 轉(zhuǎn)錄。Pu27 的 DNA 序列富含鳥嘌呤，能夠形成熱力學穩(wěn)定的 G4 結構。據(jù)報道，穩(wěn)定 Pu27 的 G4 結構的陽離子卟啉 (TMPyP4) 能夠降低 c-MYC 轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)表達，并抑制參與癌細胞增殖的下游基因的轉(zhuǎn)錄激活，例如hTERT、ODC 和 CDC25A 。這些生物學效應可以通過 G4 配體與 Pu27 的 G4 結構的相互作用來中斷。在過去的幾十年中，已經(jīng)報道了多種針對端粒 G4-DNA 的有效 G4 結合配體 。另一方面，關于靶向 c-MYC G4 用于活細胞或體內(nèi) G4 結構的熒光識別、傳感和穩(wěn)定的配體的報道相對較少。用于細胞或體內(nèi) G4 分子識別和基礎研究的選擇性配體仍然有限。盡管已經(jīng)報道了一些通過熒光可視化方法在識別 c-MYC G4 方面表現(xiàn)出高選擇性的探針，但結構區(qū)分的機制仍不清楚。該研究在此報告了基于小分子的配體的合理設計，用于通過熒光發(fā)光機制識別和可視化溶液和細胞中的 c-MYC G4-DNA 結構。在本研究中，系統(tǒng)地展示了整合在噻唑橙支架中的每個取代基如何根據(jù)配體-G4 相互作用誘導的熒光信號來控制 G4 結構選擇性。發(fā)現(xiàn)具有雙向和多位點相互作用系統(tǒng)的配體能夠?qū)崿F(xiàn)對c-MYC G4的高度選擇性。用 1H NMR 和分子模型研究了配體與 c-MYC G4-DNA 的可能相互作用模式。此外，與 BG4 的細胞內(nèi)共定位研究表明，配體對 G4 結構具有選擇性。這些新的 G4 配體還對一組人類癌細胞表現(xiàn)出良好的細胞毒性，并表現(xiàn)出對 MCF-7 乳腺癌的有效體內(nèi)抗腫瘤活性。參考消息：https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkac090/6528910#
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