G-四链体作为超级增强子标记BRD4的潜在陷阱：体外配体敏感结合与共分离机制

本研究针对超级增强子(SE)中G-四链体(G4)与表观调控因子BRD4的相互作用机制展开创新探索。研究人员通过整合生物信息学分析、体外染色质模型和分子动力学模拟，首次揭示G4通过排斥核小体但直接结合BRD4溴结构域(BD)的双重作用，促进相分离依赖的基因调控。该发现为理解G4-rich SE的转录调控提供了新范式，并为靶向G4-BRD4相互作用的抗癌药物开发奠定理论基础。

　　

在基因组调控的复杂交响曲中，G-四链体(G-quadruplex, G4)如同神秘的休止符，其形成与解旋动态调控着基因表达的节奏。近年来研究发现，这些由鸟嘌呤重复序列折叠而成的特殊DNA结构，在超级增强子(super-enhancer, SE)区域异常富集。超级增强子作为基因调控的"指挥中枢"，通过BRD4等表观调控因子招募转录机器，但令人费解的是：G4结构已知会排斥核小体，而BRD4又需要结合乙酰化组蛋白才能锚定染色质，这两者如何在G4-rich的SE区域共存？这个矛盾如同基因调控领域的"戈耳狄之结"，亟待创新研究来解开。

来自俄罗斯洛普欣联邦物理化学医学研究中心（Lopukhin Federal Research and Clinical Center of Physical-Chemical Medicine）的研究团队在《Nucleic Acids Research》发表的重要研究，首次揭示了G4通过独特的"分子陷阱"机制调控BRD4的分子图谱。研究人员发现SE区域的G4不仅能主动排除乙酰化核小体，还能直接结合BRD4的溴结构域，并通过液-液相分离(LLPS)机制维持转录枢纽的稳定性。这一发现为理解癌症等疾病中异常转录调控提供了全新视角。

研究采用多学科交叉方法：通过生物信息学分析K-562、HEK-293和HEP-G2细胞系的基因组数据；构建含SE特征序列A(G₃A)₄的G4-Widom染色质模型；运用表面等离子体共振(SPR)和显微尺度热泳动(MST)测定结合亲和力；结合分子动力学模拟解析BRD4-G4互作界面；最后通过荧光显微技术和原子力显微镜(AFM)观察相分离现象。

G4在活性SE中富集并与核小体排斥共存
全基因组分析显示，在K-562和HEP-G2细胞中，G4-rich的SE区域虽然核小体密度降低21%，但BRD4结合反而增加83%。典型案例如β-珠蛋白基因座，其胚胎型HBE1基因上游的G4-rich SE区域，BRD4峰与G4位点精确共定位，而相邻的G4-free区域则呈现典型组蛋白标记H3K27ac分布。

SE特征G4破坏核小体但直接结合BRD4
体外重建实验表明，含SE特征序列的G4-Widom构造体中，乙酰化核小体在第7天完全解离，而对照序列保持稳定。SPR检测显示G4与BRD4的K_d=5±3μM，接近乙酰化肽段(K_d=3±2μM)，但结合模式截然不同——分子模拟揭示G4通过末端G-四联体与BD2的Phe365形成π-π堆叠，完全避开组蛋白结合口袋。

G4促进BRD4相分离且对配体敏感
在20% PEG-400的分子拥挤环境下，4μM G4可诱导BRD4形成液滴(体积分数8%)，效果接近乙酰化核小体(13%)。这种相分离可被G4配体pyridostatin(PDS)和临床阶段药物SOP1812抑制，但对经典BET抑制剂JQ1不敏感。FRAP分析显示凝胶样凝聚物中BRD4扩散速率(0.8 min^-1)显著低于溶液相。

靶向G4-BRD4调控SE依赖基因
RT-qPCR证实，PDS优先下调与保守G4-rich SE互作的基因(如PLK3、DOT1L)，下调幅度与SE区域G4-seq峰覆盖度显著相关(Spearman r=-0.8)。相比之下，启动子区G4特征与药物敏感性关联较弱，提示SE-G4是独立药物靶点。

这项研究建立了"G4-BRD4相分离轴"调控模型：在G4-rich的SE区域，G4通过(1)排除核小体创造开放染色质；(2)直接结合BRD4 BD2结构域；(3)暴露芳香环参与相分离三重机制，维持转录枢纽的稳定性。该发现突破了"BRD4必须依赖乙酰化组蛋白"的传统认知，为开发选择性靶向SE通路的抗癌药物提供了新策略。临床阶段G4配体SOP1812的调控特异性提示，通过精确设计可实现对致癌基因SE的精准干预，避免传统BET抑制剂的全基因组副作用。未来研究可进一步探索不同细胞类型中G4-BRD4互作的动态特征，以及其在肿瘤异质性和耐药性中的作用。