解析核仁素识别 MYC 启动子 G - 四链体的结构基础，开启癌症靶向治疗新方向

为探究 G - 四链体（G4s）与蛋白的相互作用机制，研究人员开展了核仁素（nucleolin）与 MYC 癌基因启动子 G4（MycG4）结合的研究。他们解析了二者复合物的晶体结构，发现 G4s 是核仁素主要细胞底物，该成果有助于 G4 靶向药物研发。

　　G - 四链体（G4s）是在富含鸟嘌呤（G）的序列中形成的 DNA 或 RNA 二级结构，在生理条件下，会由细胞中的钾离子（K⁺）或钠离子（Na⁺）稳定形成球状结构，在基因调控方面发挥着重要作用。在致癌基因启动子中的 G4s 能够调控基因转录，是极具潜力的抗癌药物靶点。MYC 癌基因的近端启动子 NHE III₁区域有一段可形成 G4 的序列，能控制 75% - 85% 的转录。在 K⁺溶液中，MYC NHE III₁会形成 Myc121 和 Myc161 两种平行链 G4，这种平行 G4 结构稳定，在启动子区域和 RNA G4 中较为常见。

许多蛋白都被报道能与 G4s 相互作用，但目前已解析的 G4 - 蛋白复合物结构却很少。2009 年，核仁素被确定为 MYC 启动子 G4（M3ycG4）的主要结合蛋白，它能作为转录抑制因子发挥作用。核仁素是一种模块化蛋白，其中心的 DNA 或 RNA 结合结构域由四个 RNA 结合结构域（RBDs，也叫 RNA 识别基序 RRMs）通过三个连接子相互连接。核仁素对 MycG4 的亲和力比其已知底物茎环核仁素识别元件（NRE）RNA 还要高，但一直以来，G4 - 核仁素复合物的结构信息缺失。

研究人员借助新设计的核仁素 - MycG4 复合物特异性抗原结合片段（Fab）和优化的 Myc161 序列，解析出了核仁素 - MycG4 1:1 复合物 2.6 ? 分辨率的晶体结构。研究发现，核仁素的四个 RBDs 对其与 MycG4 的高亲和力结合至关重要，而它与 NRE RNA 结合时仅涉及两个 RBDs。核仁素更倾向于结合 Myc161 G4，其解离常数 K_d约为 3 nM 。在复合物结构中，Myc161 G4 呈现折叠的平行链拓扑结构，在三个 G 四联体之间有两个 K⁺离子，与游离的 Myc161 的核磁共振（NMR）溶液结构很相似，包括相似的 5’端 DNA 三联体封端结构。

核仁素的四个 RBDs 环绕 MycG4，通过与 MycG4 的三个环和 5’侧翼区域形成多价相互作用，实现特异性高亲和力识别。RBD1、RBD2 和连接子 Linker12 与 Myc161 的 6 个核苷酸（nt）中心环和 5’侧翼区域广泛相互作用，Linker12 会形成一个由 9 个氨基酸组成的高度结构化的 α 螺旋。经 NMR 证实，RBD3 和 RBD4 结合 MycG4 的 1 - nt 环。该复合物结构揭示了核仁素特有的位于经典 RNP 基序之外的核碱基识别基序，使得核仁素能够与球状 G4 底物上多个分散的单个核碱基进行多价结合。核仁素与 MycG4 的结合会抑制聚合酶延伸。通过靶点切割和标记测序（CUT&Tag）实验证实了核仁素在细胞内会与 MYC 启动子中可形成 G4 的区域结合。值得注意的是，核仁素在全基因组范围内的结合位点与 G4 位点高度吻合，这表明 G4s 是核仁素在细胞内的主要底物。

此次研究首次解析出了 G4 与调节蛋白复合物的高分辨率结构，揭示了基于 G4 构象的蛋白识别机制。球状 G4 结构及其多个环和侧翼区域为与模块化的核仁素蛋白进行多价相互作用提供了理想平台。核仁素对 MycG4 的特异性高亲和力识别需要其四个 RBDs 的参与。核仁素很少与 G 四联体核心的掩埋部分相互作用，而是识别球状 G4 暴露的环和侧翼区域，这可能是非解旋酶蛋白与 G4 相互作用的普遍特征。该研究表明 G4s 是核仁素的主要细胞底物，揭示了基于 G4 的表观遗传转录调控机制。核仁素与 MycG4 的特异性高亲和力结合能够阻止其他转录因子与同一启动子区域结合，或者招募调节蛋白。此外，核仁素 - MycG4 复合物的结构将为 G4 靶向药物的研发提供助力。