解码G-四链体稳定性：人类基因组中loop结构与序列环境的关键作用

《Biochimie》：Decoding G-quadruplex Stability: The Role of Loop Architecture and Sequence Context in the Human Genome

本综述系统探讨了人类基因组中G-四链体（G4）的稳定性机制，重点揭示了loop结构（长度与组成）及基因组序列环境对G4稳定性的调控作用。通过整合G4-seq和G4-miner等高通量数据，结合分子动力学模拟，研究突破了体外合成序列的局限性，为理解G4在基因调控（如复制、转录）中的功能提供了新视角。

　　

Section snippets

G-quadruplexes Data sources

本研究使用的四链体序列源自Gene Expression Omnibus数据库（ accession number GSE63874和GSE159307）。前者通过G4-seq技术生成，该技术通过检测测序质量分数波动识别基因组中的G4结构，称为"observed quadruplexes (OQs)"。实验采用两种缓冲条件：添加钾离子（K⁺）或pyridostatin（PDS）以稳定G4结构。两种条件下G4-seq检测到的OQs数量差异显著，表明配体结合能力对G4稳定性存在重要影响。

Characteristics of PQs found in the human genome

通过非重叠检测算法，共识别206,785个具有明确loop长度的潜在四链体（PQs），其中负链103,366个，正链103,419个。染色体1因长度优势包含最多PQs（约17,884个）。分析显示，总loop长度7-11核苷酸的PQs占绝对优势。进一步发现PQs检测率与总loop长度呈负相关，表明较短loop的G4结构更稳定。有趣的是，当总loop长度固定时，三个loop的不同排列方式对稳定性影响微弱。

Conclusion

本研究系统揭示了人类基因组中G4结构的分布与稳定性规律：总loop长度7-11核苷酸的PQs占主导，且其检测率与loop长度呈负相关。值得注意的是，短loop G4常以微卫星或非典型G4阵列形式存在，其稳定性特征与体外合成序列显著不同。分子动力学模拟证实侧翼序列对G4稳定性的调控作用，强调了基因组环境的重要性。

CRediT authorship contribution statement

Xuan Pan: 文稿审阅与概念构建；Tianyu Chen: 初稿撰写与数据 curation；Na Lu: 数据整理；Jiye Fu: 初稿撰写与实验设计；Jing Tu: 文稿审阅与课题构思。

Conflict of interest

作者声明无经济利益冲突。

Declaration of Competing Interest

作者声明无竞争性利益冲突。

Acknowledgement

本研究受国家重点研发计划（2024YFF1206201）、国家自然科学基金（62371128）及中央高校基本科研业务费（2232023K5005）资助。