Nature：曲晓刚团队开发特异性靶向基因组G-四链体的新策略

编辑丨王多鱼

G-四链体（G-quadruplex，G4） 是由DNA或RNA形成的特殊的核酸二级结构。由于大量的G4结构被发现存在于活细胞的基因组和转录组中，G4的生物学功能在过去的数十年中受到了广泛的关注。

越来越多的研究表明，基因组和转录组中天然的G4在端粒维持、DNA复制、染色质重塑、转录、RNA剪接和翻译等方面发挥着重要作用，因此促使人们探索G4作为疾病治疗干预的潜在靶点，特别是针对癌症、神经退行性疾病和病毒感染。利用G4稳定配体靶向癌基因（如MYC和KRAS等）的启动子区或端粒区的G4结构来抑制肿瘤细胞生长，已经成为一种有吸引力的新型癌症治疗策略。

然而，进入临床试验的G4配体的数量却非常少，因为大多数G4配体缺乏选择性，可以与多个G4结构结合，考虑到细胞中数以万计的G4结构，这可能导致过多副作用的产生。另外，G4配体已被广泛用于研究G4的生物学功能。但由于缺乏选择性，该方法无法精确定义G4与特定生物学过程之间的关系。因此，开发可以选择性靶向特定基因组G4结构的策略对于更好地理解G4生物学功能以及推动基于G4结构的药物开发至关重要。

2024年7月3日，中国科学院长春应用化学研究所、稀土资源利用国家重点实验室曲晓刚团队在Nature Cell Biology期刊上发表了题为：Targeting specific DNA G-quadruplexes with CRISPR-guided G-quadruplex-binding proteins and ligands 的研究论文。

该研究将CRISPR技术与G4结合蛋白/配体相结合，开发出一种可以选择性靶向特定基因组G-四链体（G4）结构的新策略。

CRISPR技术已被广泛用于通过融合无催化活性内切酶（dCas9蛋白）将功能蛋白或化合物招募到特定基因组位点，进行基因调控，基因组成像，染色质或DNA修饰以及染色质免疫沉淀等。

首先，研究团队构建dCas9/核仁素的融合蛋白（核仁素是已知的G4稳定蛋白），在向导RNA（sgRNA）的引导下精确靶向基因组特定的G4位点，这可以将核仁素招募至该位点与特定G4结构结合。利用该策略，研究团队特异性地靶向了癌基因MYC和肌肉分化相关基因Itga7的启动子区G4以及端粒区G4，同时阐明了这些G4结构与肿瘤细胞增殖、衰老以及肌肉细胞分化的关系。进一步，研究团队利用生物素-亲和素系统将G4配体与dCas9蛋白相偶联，招募G4配体PDS和PDC稳定特定基因组位点的G4结构。利用该策略，可以实现单个G4或多个不同的G4的稳定，而不影响细胞内其他非CRISPR靶向的G4结构。

将CRISPR技术与G4结合蛋白/配体结合靶向基因组特定G4结构

综上所述，该研究开发了一种可以特异性靶向基因组G4结构的新技术，该技术将有助于进一步阐明G4结构与其邻近基因和各种生物学过程的关系。此外，该技术为活细胞筛选G4探针或G4候选药物开辟了一条新途径，这些药物仅对感兴趣的G4具有特异性和靶向性，脱靶效应风险低，有助于基于G4的疾病诊断和治疗的发展。

中国科学院长春应用化学研究所副研究员秦庚和博士研究生刘镇旗为论文共同第一作者。中国科学院长春应用化学研究所研究员曲晓刚为论文通讯作者。中国科学院长春应用化学研究所为论文的第一署名单位。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41556-024-01448-1