药学院游慧娟教授团队在人类端粒酶RNA G-四链体领域取得新进展

端粒酶是真核生物中维持染色体末端长度的一个关键核糖核蛋白复合物，其活性与细胞衰老及肿瘤发生密切相关。端粒酶的RNA亚基（hTR）不仅是其催化活性所必需的骨架，其本身也蕴含着调控的“开关”。hTR的5' 端存在一段18个核苷酸的富含鸟嘌呤的序列（hTR1-18），它能够折叠形成G-四链体（G-quadruplex，G4）结构。该结构已被证明会影响端粒酶P1螺旋的形成，从而调控端粒合成的模板边界。已有研究根据NMR结果推测出hTR1-18G4是带有凸起的平行构象，且生化实验结果提示其具有较高的热稳定性，但关于它在生理条件下的动力学稳定性（即其折叠/去折叠的速率）、这种稳定性带来的抵抗核酸酶降解的能力，以及细胞如何调控如此稳定的结构，仍然缺乏系统的定量研究。

近日，华中科技大学同济医学院药学院游慧娟课题组在Advanced Science发表研究，通过单分子磁镊、圆二色光谱及RNase降解实验分析，首次定量描绘了hTR1-18RNA G4的折叠与去折叠能量景观。研究发现，在生理K+浓度下，hTR1-18RNA G4展现出极高的动力学稳定性——其主要构象的去折叠力高达58 pN，零力去折叠速率仅为3.1×10-7s-1，意味着其半衰期长达约一周，比对应的平行结构DNA G4慢一个数量级以上。与此同时，该RNA G4对K+极为敏感，折叠半饱和浓度仅30 μM，且折叠速率极快，在毫秒级时间内即可完成。

图1. 利用单分子磁镊定量测定hTR1-18RNA G4的去折叠力分布。

这种“慢打开、快折叠”的动力学特征，赋予了hTR RNA极强的RNase抗性。在RNase T1存在下，折叠态G4的半衰期可达25小时，而RNase A的切割则可能依赖G4的自发去折叠。值得注意的是，当加入G4特异性解旋酶DHX36后，hTR1-18G4的稳态折叠概率从约90%显著降低至16%，从而使其对RNase的敏感性大幅增加，揭示了解旋酶通过降低折叠概率来调控G4稳态的分子机制。

图2. 人类端粒酶RNA G-四链体具有极高的动力学稳定性，从而赋予其对核酸酶降解的抗性。解旋酶DHX36通过高效解旋有效打破这种持续性，从而调控该RNA G4的稳定性并使其被清除。

该研究定量揭示了人类端粒酶RNA G4是一种“热力学和动力学稳定”的构象能保护RNA免受降解，参与结合蛋白的招募，同时展示了DHX36解旋酶如何通过动态调控来维持其功能稳态。该课题组此前单分子揭示DHX36解旋DNA G4的分子机制（Nucleic Acids Research 2017），本研究进一步揭示了解旋酶和RNA G4互作的不同特点。这项工作推动对RNA G4的动力学特性的定量理解，也支持了端粒酶中G4结构的形成和解开受到结合蛋白的严格调控。

原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202522779