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为探究 G4s 如何阻碍 DNA 复制，研究人员利用重组酵母和人类复制体开展研究，发现 G4s 可使 CMG 解旋酶停滞，揭示新机制。
细胞基因组由被称为复制体（replisomes）的大型多亚基复合物进行复制，这些复合物在复制叉处协调亲代 DNA 的解旋和子代 DNA 链的合成。在所有生命领域中，细胞复制体都是围绕环形六聚体 DNA 解旋酶组装的，这种解旋酶拓扑环绕 DNA，驱动亲代 DNA 的持续解旋。真核生物的复制性 DNA 解旋酶 CMG（Cdc45-MCM-GINS）由环形异源六聚体 MCM ATP 酶以及非催化辅助因子 Cdc45 和 GINS 组成。在复制叉处，CMG 利用位于其中心通道的 DNA 结合发夹环环绕并沿着前导链模板移动，同时在空间上阻止后随链模板进入通道。值得注意的是，CMG 驱动的 DNA 解旋经常受到染色体模板中物理障碍的挑战，其中包括非 B 型 DNA 二级结构，如 G - 四链体（G4s），它会导致复制压力，对基因组稳定性构成威胁。
此前的研究表明，G4s 可通过抑制 CMG 解旋酶来阻碍复制体的前进。然而，CMG 进行 DNA 转位的分子机制以及 G4s 如何干扰 CMG 的活性尚不清楚。阐明这些过程对于理解正常复制体的功能以及复制压力的成因至关重要。为此，研究人员利用纯化的蛋白质重建酵母和人类复制体的能力，这有助于对在亲代 DNA 模板中 G4s 处停滞的复制体进行详细的生化和结构表征。
研究发现，单个 G4s 就能通过使 CMG 解旋酶的转位循环停滞来阻止 DNA 复制。对停滞在酵母和人类前导链模板 G4s 处的 CMG 进行冷冻电镜（cryo-EM）结构分析显示，G4s 完全折叠并嵌入 CMG 的中心通道内。因此，在停滞的复制体中，G4s 有效地与可解开 G4s 的解旋酶隔离开来，这就引发了对潜在复制叉重启机制的疑问。研究人员解析出 G4s 停滞的 CMG 的两种不同构象。第一种构象与之前报道的 CMG 结合正常叉状 DNA 的结构非常相似，重现了 CMG 通道内 DNA 转位和解旋所必需的蛋白质 - DNA 相互作用。相比之下，第二种结构与之前确定的 CMG 构象不同，它与转位途径中的中间状态一致。分析结果表明，CMG 利用一种此前未被描述的机制推动复制叉从 3' 端向 5' 端移动。这种机制的特点是 CMG 中心通道内 DNA 结合环的振荡式螺旋 - 平面转变，这与之前在细菌系统中提出的同六聚体复制性 DNA 解旋酶的顺序旋转机制形成鲜明对比。
该研究为 DNA 二级结构如何对染色体 DNA 复制机制构成巨大障碍提供了确凿的物理证据。此外，在含有 G4s 的复制叉处停滞的 CMG 结构，意外地揭示了一种在六聚体解旋酶中独特的 DNA 转位机制。进一步研究对于理解这一过程的动力学，以及如何解决 G4s 诱导的复制叉停滞从而完成染色体复制至关重要。
