近日，上海科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院孫博課題組在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）發(fā)表題為“Coexistence of G-Quadruplex and i-Motif Within a DNA Duplex is Tolerated by a PCBP2-Assisted Replisome”的研究論文，并被選為“Hot Paper”（熱門(mén)論文）。該工作首次證實(shí)特殊DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)G-四鏈體（G-Quadruplex，G4）與i-Motif（iM）能夠在同一條DNA雙鏈中共存，同時(shí)揭示了致癌剪切因子PCBP2協(xié)助復(fù)制體克服這一復(fù)合結(jié)構(gòu)障礙的新通路。

基因組DNA除經(jīng)典的雙螺旋構(gòu)象外，還可形成多種非典型高級(jí)結(jié)構(gòu)。其中，富含鳥(niǎo)嘌呤（G）或胞嘧啶（C）的序列可分別折疊形成G4和iM等二級(jí)結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)廣泛分布在啟動(dòng)子、端粒等功能區(qū)域，密切參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控、染色質(zhì)重塑及基因組穩(wěn)定性維護(hù)，因此成為相關(guān)疾病治療的重要靶點(diǎn)。盡管G4與iM分別形成于互補(bǔ)的G富集鏈和C富集鏈，但受空間位阻限制，它們長(zhǎng)期被認(rèn)為難以在同一DNA雙鏈區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定共存。既往研究多依賴(lài)統(tǒng)計(jì)學(xué)預(yù)測(cè)或間接推斷，缺乏證實(shí)二者“共存”或“互斥”的直接證據(jù)。這一認(rèn)知局限不僅阻礙了研究人員對(duì)基因組結(jié)構(gòu)異質(zhì)性的深入理解，也無(wú)法闡明G4及iM對(duì)復(fù)制等關(guān)鍵DNA代謝過(guò)程的具體影響機(jī)制。

本工作綜合運(yùn)用單分子技術(shù)以及體外生化實(shí)驗(yàn)，直接證明了G4與iM可在同一DNA雙鏈中形成穩(wěn)定的共存結(jié)構(gòu)，顛覆了傳統(tǒng)的“互斥”假設(shè)。通過(guò)pH調(diào)控、小分子穩(wěn)定劑干預(yù)以及單分子熒光及力學(xué)手段，系統(tǒng)刻畫(huà)了iM:G4復(fù)合結(jié)構(gòu)的形成條件、穩(wěn)定性與轉(zhuǎn)換特征，證明該復(fù)合結(jié)構(gòu)在生理?xiàng)l件下具有高穩(wěn)定性，能夠長(zhǎng)期存在，并對(duì)復(fù)制體構(gòu)成不容忽視的結(jié)構(gòu)性障礙（圖1上）。在此基礎(chǔ)上，研究進(jìn)一步揭示了復(fù)制體跨越該復(fù)合障礙的蛋白輔助機(jī)制。致癌剪切因子PCBP2蛋白是一種與RNA剪接、mRNA穩(wěn)定性及腫瘤發(fā)生密切相關(guān)的多功能核酸結(jié)合蛋白。研究發(fā)現(xiàn)，PCBP2對(duì)富C單鏈DNA具有高親和力，并且能夠顯著削弱iM的穩(wěn)定性；iM解折疊之后，共存的G4隨之發(fā)生重塑，并與富C鏈退火形成雙鏈DNA，從而為復(fù)制叉進(jìn)展掃清障礙（圖1下）。

圖1. iM:G4結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化及PCBP2介導(dǎo)的復(fù)制耐受機(jī)制。上圖：微酸/中性pH下形成穩(wěn)定iM:G4結(jié)構(gòu)；堿性pH下iM:G4結(jié)構(gòu)解折疊、退火恢復(fù)雙鏈。下圖：PCBP2通過(guò)特異性結(jié)合iM破壞iM:G4結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，消除其對(duì)T7復(fù)制體的阻滯作用。

該研究首次證明G4與iM可在雙鏈DNA中穩(wěn)定共存，揭示了PCBP2輔助DNA復(fù)制體跨越復(fù)雜二級(jí)結(jié)構(gòu)障礙的新機(jī)制。這些發(fā)現(xiàn)不僅豐富了對(duì)基因組高階結(jié)構(gòu)和復(fù)制壓力調(diào)控的認(rèn)知，也為靶向PCBP2相互作用來(lái)干預(yù)腫瘤細(xì)胞復(fù)制壓力提供了新的治療思路。

上?？萍即髮W(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2023級(jí)博士研究生鮑彥伶及2025級(jí)博士研究生吳紹娟為論文共同第一作者，孫博副教授為通訊作者，上?？萍即髮W(xué)為第一單位。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202523769