Microperoxidase-11诱导G-四链体纳米结构重构的序列依赖性机制研究

本研究针对G-四链体（GQs）动态结构调控难题，通过微过氧化物酶-11（MP-11）的分子伴侣机制，揭示GQ序列热力学稳定性与拓扑重构动力学的线性关联，为设计序列特异性配体提供新范式。

　　

在生命科学领域，DNA结构的动态调控一直是前沿课题。其中，鸟嘌呤四链体（G-quadruplex, GQ）因其在基因调控和疾病治疗中的重要作用备受关注。这些由富含鸟嘌呤序列形成的非经典结构，广泛存在于人类基因组的关键区域，如癌基因启动子和端粒区。然而，GQ结构的动态性和多态性给靶向配体设计带来巨大挑战——同一序列可能因环境条件不同而呈现多种拓扑构型，导致配体结合的特异性难以预测。

传统配体通常直接结合预折叠的GQ结构，但近年发现一类具有"分子伴侣"活性的配体，如微过氧化物酶-11（Microperoxidase-11, MP-11），能在结合过程中诱导GQ拓扑重构。这种机制为精准调控GQ功能提供了新思路，但相关研究长期局限于端粒序列，对更广泛GQ序列的适用性仍不明确。

针对这一科学瓶颈，来自以色列的研究团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表重要成果。他们系统研究了MP-11对两组同组成异序列（GQ₂₄₄和GQ₂₃₅）的拓扑重构作用，发现激活能与各序列熔解温度（T_m）存在线性关系，且这种关联具有组别特异性。该研究首次建立了GQ序列热力学参数与配体诱导重构动力学之间的定量关系，为理性设计拓扑特异性配体提供了全新理论框架。

关键技术方法包括：1）圆二色谱（CD）监测GQ拓扑转换；2）紫外-可见光谱（UV-Vis）分析MP-11/GQ复合物形成动力学；3）热力学分析建立Arrhenius方程；4）使用含可变长度胸腺嘧啶环（T-loop）的柔性GQ序列模型。

【UV-Vis和CD光谱表征MP-11与柔性GQs相互作用】
通过CD光谱证实MP-11能将非平行GQs重构为平行拓扑。UV-Vis动力学实验显示，两组GQ（GQ₂₄₄和GQ₂₃₅）的复合物形成速率存在显著差异，暗示序列组成影响重构效率。

【热力学机制解析】
Arrhenius分析揭示关键发现：每组GQ中，MP-11结合的活化能（E_a）与各序列T_m呈线性正相关。值得注意的是，两组GQ表现出斜率不同的线性关系，表明除热稳定性外，序列组成（特别是T-loop分布）通过未知机制影响重构路径。

【结论与意义】
该研究首次证明：1）MP-11的分子伴侣活性具有普适性，可推广至多种非端粒GQ序列；2）GQ重构动力学由其热力学稳定性定量决定；3）序列组成通过独立于拓扑的机制调控配体偏好性。这些发现突破了传统"锁-钥"结合模型的局限，为开发基于动力学参数的GQ靶向药物提供了新策略。在应用层面，该机制可拓展至DNA适体传感器设计（如已报道的SARS-CoV-2检测）和癌基因表达调控领域。

Leen Massalha等作者特别指出，MP-11这类含血红素的小肽配体，其双重功能（ destabilizing GQ + stabilizing新拓扑）或成为设计"智能"DNA纳米器件的关键。未来研究将聚焦于解析T-loop长度分布如何通过熵效应调控重构路径，以及该机制在活细胞环境中的适用性验证。