來自人類 c-MYC 啟動子和端粒的 DNA G4 結(jié)構(gòu)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(jié)合配體，在靶向這些 G4 結(jié)構(gòu)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(xué)盧宇靖，張焜及香港理工大學(xué)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(shè)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(jié)合口袋中建立多位點相互作用。
這種結(jié)構(gòu)特征可以使分子對 c-MYC G4 的選擇性高于其他結(jié)構(gòu)。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(jié)合靶點很可能是 G4 結(jié)構(gòu)。此外，優(yōu)先結(jié)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(dǎo)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(jié)構(gòu)是復(fù)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(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)相關(guān)的大多數(shù)生物學(xué)機制尚不完全清楚。因此，對 DNA 和 RNA 的高階結(jié)構(gòu)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(xué)開發(fā)以及功能基因研究和應(yīng)用方面。在體內(nèi)實時識別任何特定類型的 DNA 結(jié)構(gòu)，例如 G-四鏈體 (G4)，以監(jiān)測它們的結(jié)構(gòu)動力學(xué)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(wù)。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(jié)構(gòu)，以便在活細胞或體內(nèi)的某些條件下探測某些 G4-DNA 結(jié)構(gòu)的存在，并了解相關(guān)的 G4-DNA 結(jié)構(gòu)。然而，很難以高特異性預(yù)測和識別所有這些獨特的分子，因為 G4 結(jié)構(gòu)大多共享相同的鳥嘌呤四分體核心結(jié)構(gòu)，盡管它們的環(huán)和 3'-和 5'-末端的側(cè)翼序列顯著不同。設(shè)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(jié)構(gòu)的相互作用或區(qū)分。近年來，G4 結(jié)構(gòu)已成為發(fā)現(xiàn)體內(nèi)調(diào)節(jié)端粒維持、轉(zhuǎn)錄、復(fù)制和翻譯功能的熱門研究課題。許多這些 G4 結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的分子識別和穩(wěn)定被認為是 G4 生物功能基礎(chǔ)研究和新型抗癌藥物設(shè)計的重要策略。越來越多的證據(jù)表明 c-MYC 啟動子的 G4 結(jié)構(gòu)，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(guān)。發(fā)現(xiàn)大約 20% 的人類腫瘤與 c-MYC 過表達有關(guān)。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(jié)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(yīng)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(xué)穩(wěn)定的 G4 結(jié)構(gòu)。據(jù)報道，穩(wěn)定 Pu27 的 G4 結(jié)構(gòu)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(xué)效應(yīng)可以通過 G4 配體與 Pu27 的 G4 結(jié)構(gòu)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(jié)合配體 。另一方面，關(guān)于靶向 c-MYC G4 用于活細胞或體內(nèi) G4 結(jié)構(gòu)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(chǔ)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(jié)構(gòu)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(shè)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(jié)構(gòu)。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(dǎo)的熒光信號來控制 G4 結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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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