α-2′-脱氧鸟苷通过定向G-四链体组装构建高稳定性反平行结构及其治疗潜力研究

本研究针对G-四链体（GQ）结构多样性调控难题，通过引入α-2′-脱氧鸟苷（αdG）模拟天然syn构型脱氧鸟苷，设计出具有同极性G-四联体的反平行三链层GQ结构。研究人员采用圆二色谱（CD）和引物延伸阻断实验证实，αdG修饰显著提升GQ热稳定性，并实现靶向诱导GQ形成以阻断DNA合成。该成果为开发基于GQ结构的基因治疗策略提供新思路，发表于《International Journal of Biological Macromolecules》。

　　

在生命科学领域，DNA和RNA中非经典的G-四链体（G-quadruplex, GQ）结构因其在转录调控、端粒维持等关键生物学过程中的作用而备受关注。这类由鸟嘌呤碱基通过Hoogsteen氢键形成的四链结构，其拓扑构型和稳定性高度依赖糖苷键的syn-anti构象异构。然而，天然GQ结构的动态性和构象多样性给靶向干预带来巨大挑战——如何精确控制GQ折叠模式并提升其稳定性，成为开发相关疗法的核心瓶颈。

针对这一难题，来自俄罗斯的研究团队Irina V. Varizhuk等创新性地利用α-2′-脱氧鸟苷（αdG）的独特性质开展研究。这种核苷酸类似物因糖环构型反转，其糖苷键始终维持anti构象，却能在空间排布上完美模拟天然syn构型脱氧鸟苷。研究者设想：将αdG引入GQ核心替代天然syn-dG，既可锁定G-四联体构象，又能通过减少构象重排提升整体稳定性。相关成果发表在《International Journal of Biological Macromolecules》，为定向设计功能性核酸结构开辟新路径。

研究团队主要运用三项关键技术：圆二色谱（CD）分析确认GQ拓扑构型，紫外熔解实验测定热稳定性，以及模板指导的引物延伸阻断实验（PEX）验证生物功能。其中PEX实验采用102nt长DNA模板，通过设计包含"引导序列+G-钳"的合成构件，在特定G₃位点诱导αdG修饰GQ形成。

设计修饰GQ模型
基于前期抗凝血GQ研究，团队选择含TT/TGT侧环的反平行三链层结构为原型。通过全αdG替换syn-dG位点，构建出所有G-四联体极性一致的创新结构（图2）。分子建模显示，αdG的anti构象使其核糖环与相邻磷酸骨架形成额外氢键，这是稳定性提升的结构基础。

生物物理表征
CD谱在265nm/295nm出现特征峰，证实反平行拓扑。熔解实验显示修饰GQ熔点（T_m）提升超15°C，且阳离子依赖性显著降低。值得注意的是，全αdG修饰结构在钾/钠离子中均保持稳定，而天然GQ在钠离子中易解离。

治疗潜力验证
PEX实验表明，含αdG的G-富集寡核苷酸可精确引导GQ在模板链G₃位点形成，使DNA聚合酶延伸效率下降90%。这种位点特异性阻断效果，为开发基因表达调控工具提供新策略。

该研究首次实现全同极性反平行GQ的理性设计，揭示αdG通过"构象锁定"和"额外氢键"双重机制增强稳定性的分子基础。相较于传统化学修饰，这种仿生策略更接近天然核酸的理化特性，在凝血调控、基因沉默等治疗领域具有独特优势。作者特别指出，αdG修饰GQ对钠离子的强耐受性，可能解决体内应用的环境适应性问题。未来研究将聚焦于这类结构在染色质环境中的行为，以及开发针对特定基因的靶向调控系统。