蘇紅梅老師 J. Am. Chem. Soc. 文章介紹
核酸是以核苷酸為基本組成單位的生物信息大分子，具有復雜的結(jié)構和重要的生物功能。核酸的二級結(jié)構不僅僅有最早由Watson和Crick通過X-射線晶體衍射所證實的DNA雙螺旋結(jié)構，更多在調(diào)控生命過程中起到重要作用的新穎的核酸二級結(jié)構被發(fā)現(xiàn)。比如，i-motif是由富含胞嘧啶C堿基的DNA序列在微酸性條件下通過質(zhì)子化一條鏈中的C堿基、然后再與另外一條鏈(非質(zhì)子化)進行氫鍵配對C(H)+：C形成的C四鏈體結(jié)構。i-motif 存在于原癌基因促進子區(qū)域，是基因調(diào)節(jié)和抗癌療法的靶標，還可以作為轉(zhuǎn)錄激活因子調(diào)節(jié)基因表達。隨著i-motif這種DNA結(jié)構在人類細胞核中被發(fā)現(xiàn)，其重要性越發(fā)凸顯出來。
最近，北師大化學學院蘇紅梅教授課題組研究了胞嘧啶氧化損傷的重要中間體陽離子自由基（C•+）在i-motif DNA結(jié)構中的基元反應途徑和動力學。通過時間分辨光譜探測反應過程中的關鍵自由基中間體，觀察到C•+的反應途徑在i-motif 結(jié)構中與在單堿基dC中的脫質(zhì)子反應截然不同，主要表現(xiàn)為C•+水合反應，觀測到水合反應產(chǎn)物C(5OH)•和C(6OH)•自由基的特征光譜，測量得到水合反應的速率常數(shù)（1.3 × 104 s-1）。進一步通過pH依賴實驗、單鏈DNA對照實驗、以及銀離子調(diào)節(jié)形成的i-motif DNA對照實驗，揭示了結(jié)構相關的反應動力學機理。發(fā)現(xiàn)在i-motif DNA中，C(H)+：C氫鍵結(jié)構抑制了C•+脫質(zhì)子自由基C(-H)•異構化形成更穩(wěn)定的亞胺自由基，使得質(zhì)子平衡會向C•+轉(zhuǎn)變，這導致形成的C(-H)•會傾向保有C•+的特性，因此在i-motif DNA中C•+主要發(fā)生水合反應。研究不僅揭示了氫鍵結(jié)構微環(huán)境對基元反應途徑的顯著影響，而且有助于在更深的層次上理解生物體與C堿基氧化損傷相關的基因突變的分子機理。尤其對于i-motif DNA，研究結(jié)果表明C•+水合以及水合產(chǎn)生的C(5OH)•和C(6OH)•自由基會引發(fā)一系列次級反應進而破壞i-motif的穩(wěn)定性及結(jié)構，而i-motif DNA發(fā)揮其生物功能是高度依賴于其四鏈結(jié)構的。
相關成果近期發(fā)表在《Journal of Americal Chemical Society》 (Degradation of Cytosine Radical Cations in 2’-Deoxycytidine and in i-Motif DNA: Hydrogen-Bonding Guided Pathways, J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 1970-1979 ), 北京師范大學化學學院為第一單位。該研究工作得到了國家自然科學基金委杰出青年科學基金和北京師范大學人才引進專項等相關經(jīng)費的大力資助。
原文鏈接：http://dx.doi.org/10.1021/jacs.8b10743
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