并非所有的DNA都像我们熟悉的双螺旋结构那样。有时，我们的遗传密码会折叠成不寻常的形状。其中一种结构称为G-四链体（G4），看起来像一个结。这些结在调控基因开关方面起着重要作用。但如果不能及时解开，它们可能会对我们的基因组造成伤害。现在，来自Hubrecht研究所Knipscheer小组的研究人员与卡罗林斯卡研究所合作，揭示了一种令人惊讶的机制，该机制可以控制这些结。他们的工作于6月12日发表在《科学》杂志上，可能会带来治疗癌症等疾病的新方法。
我们的DNA通常呈双螺旋结构。然而，在某些条件下，单链DNA可以折叠成G-四链体（G4）结构，看起来像一个结。这些结通常形成在富含鸟嘌呤（G）碱基的区域。它们有助于调节重要的过程，如转录，即将DNA复制成RNA。
但G4结构是一把双刃剑。虽然它们有助于基因调控，但如果不能及时解开，它们可能导致突变、干扰基因表达，甚至导致癌症或早衰。因此，细胞需要工具来快速有效地解开这些结。
为了研究细胞如何解开G4结构，研究人员需要一个可以在活细胞外重现这一过程的系统。他们使用了非洲爪蟾（Xenopus laevis）卵提取物。这些提取物几乎包含了真实细胞中的一切，尤其是用于DNA复制和修复的蛋白质。这个设置使团队能够引入带有G4结构的DNA，并观察解开过程的逐步进行。他们还可以确定驱动这一机制的蛋白质。
利用这个系统，研究人员发现了一个令人惊讶的新角色——RNA分子的作用。“借助已知参与DNA修复的蛋白质，RNA结合到G4结构对面的DNA链上，形成一个称为‘G-环’的结构。”第一作者Koichi Sato说，“这个G-环结构是解开机制中的一个重要中间体，可以保护基因组免受断裂。”尽管RNA最著名的是其在蛋白质合成中的作用，但这一机制为RNA在基因组保护中增加了一个以前未被认识的角色。
G-环就像一个降落平台，吸引更多的蛋白质。这些蛋白质解开G4结，分解G-环，并将DNA恢复为其正常的双螺旋结构。通过与卡罗林斯卡研究所的Simon Elsässer和Jing Lyu的合作，研究团队发现G-环在整个基因组中帮助解开G4结。
“我们惊讶地发现，即使没有真正的DNA损伤，G4也被识别为DNA损伤。”研究小组负责人Puck Knipscheer解释道。G-环带来了通常修复DNA损伤的蛋白质。但在这里，细胞将G4结构视为受损的DNA，触发DNA损伤反应。这使得细胞能够迅速采取行动，防止后续出现严重问题。
更重要的是，这个过程更新了周围的DNA，并去除了有害的修饰。通过与Oudenaarden小组的Jeroen van den Berg合作，研究团队展示了这一机制对细胞健康的重要性。当这一机制失败时，G4会在DNA复制前积累，导致严重的DNA断裂并阻碍细胞生长。
G4结对抗癌症的应用
G-环机制的发现回答了关于细胞如何保护其DNA的关键科学问题，并可能为未来的治疗方法打开大门。许多癌症与DNA修复问题有关。G4结构在癌细胞中特别丰富，如果细胞无法解开它们，就会引发DNA损伤和细胞死亡。针对G-环机制可能是一种聪明的方法，可以通过增加G4结的数量或阻止其修复来选择性地杀死癌细胞。然而，还需要更多的研究来确定这是否真的能阻止癌细胞的生长。
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