解析DHX36解旋酶双重DNA/RNA特异性的结构基础：G-四链体解旋的分子机制

本研究揭示了DEAH-box解旋酶DHX36如何通过其独特的RecA2结构域插入片段与N端延伸协同作用，实现对DNA和RNA G-四链体(G-quadruplex)的双重识别与解旋。通过冷冻电镜技术解析了DHX36与不同层级G-四链体的复合物结构（分辨率达2.6-3.4 ?），结合单分子FRET和动力学分析，发现RecA2结构域通过特异性表面环区分核酸类型，而DSM基序与RecA2-G4环正交识别G-四链体特征。该研究为理解DEAH解旋酶的底物特异性调控提供了新范式，对基因组稳定性调控和抗肿瘤靶点开发具有重要意义。

　　

在生命活动的分子舞台上，核酸高级结构的动态调控一直是科学家们关注的焦点。其中，由鸟嘌呤重复序列形成的G-四链体(G-quadruplex)因其特殊的四链结构和生物学功能备受瞩目。这类结构在基因启动子、端粒等关键区域广泛存在，可调控转录、复制等重要过程，但其过度稳定会导致基因组不稳定，与癌症等疾病密切相关。因此，细胞进化出专门的解旋酶来调控这些"分子绳结"的形成与解开。在众多解旋酶中，DHX36（又称RHAU）展现出非凡的能力——它能同时解开DNA和RNA形成的G-四链体，这种"双重身份"在DEAH-box解旋酶家族中极为罕见。然而，这种独特能力的结构基础一直是个未解之谜。

为了揭示这一分子奥秘，Michael T. Banco领衔的研究团队在《Cell Reports》发表了突破性成果。他们采用冷冻电镜技术（cryo-EM）解析了牛源DHX36与三层的RNA G-四链体（RNA_Myc）和六层DNA G-四链体（DNA_Myc）的复合物结构，分辨率分别达到2.6 ?和3.4 ?。结合单分子荧光共振能量转移（smFRET）和单周转动力学实验，系统阐明了DHX36区分核酸类型和识别G-四链体的分子机制。

关键技术方法

研究主要采用冷冻电镜解析DHX36与不同核酸复合物的三维结构，通过3D变异性分析（3DVA）处理结构异质性；利用单分子FRET技术实时监测DHX36与不同核酸底物的动态相互作用；开发改进的单周转动力学实验定量测定解旋效率；通过位点特异性突变（如RecA2-G4Ala、RecA2-G4Glu等）结合差示扫描荧光法验证关键结构元件的功能。

结构揭示双重识别机制

在"G-quadruplex recognition elements of DHX36"部分，研究发现DHX36通过三个关键区域识别G-四链体：

1. 1.

   N端DHX36特异性基序（DSM）以α螺旋形式结合G-四链体5'端暴露的非极性平面

2. 2.

   OB亚结构域的两个β发夹（OI和OII）结合G-四链体侧面的沟槽

3. 3.

   RecA2结构域新发现的插入环（RecA2-G4 loop）特异性识别沟槽磷酸骨架

   

DNA/RNA区分的关键位点

"DNA vs. RNA discrimination by RecA2"部分显示，RecA2结构域通过D501和N554等残基与RNA 2'-OH形成氢键网络，这解释了smFRET实验中DHX36对RNA尾部的特异性识别。N554L突变使RNA解旋活性降低6倍，而DNA活性几乎不受影响，证实了该位点在核酸类型区分中的核心作用。

协同调控的新模式

研究提出DEAH解旋酶可能普遍采用"装饰核心+特异元件"的协同调控策略：保守的解旋酶核心负责机械化学循环，而进化可变的N端延伸（如DSM）和核心结构域表面装饰（如RecA2-G4环）共同决定底物特异性。这种机制使DHX36能适应不同大小（3-6层）和类型（DNA/RNA）的G-四链体，同时保持对双链核酸的排斥。

这项研究不仅阐明了DHX36双重特异性的结构基础，更重要的是提出了DEAH解旋酶调控的新范式——底物本身可通过与核心结构域的相互作用激活酶活性，这为理解其他DEAH家族成员（如参与剪接的Prp2、核糖体成熟的DHX15）的调控机制提供了新视角。鉴于G-四链体在肿瘤发生中的重要作用，这些发现也为开发靶向核酸高级结构的小分子药物提供了理论依据。