活性氧（ROS）作为细胞代谢的天然副产物，在正常生理条件下参与调控细胞增殖、分化和免疫应答等过程。然而，当细胞受到内外源刺激导致ROS过度积累时，会引发DNA氧化损伤，威胁基因组稳定性，并与衰老及癌症的发生密切相关。在DNA碱基中，鸟嘌呤（G）因具有最低的氧化还原电位而最易被氧化，生成8-氧代鸟嘌呤（O8G）。G-四链体（G-quadruplex，G4）是一类由富鸟嘌呤序列自组装形成的特殊核酸二级结构，广泛存在于基因启动子、端粒及转录调控区域。由于G4结构本身由富G序列构成，其稳定性和调控功能易受到ROS及O8G修饰的影响。NEIL3 作为碱基切除修复通路中的关键DNA糖基化酶，负责识别并清除氧化损伤碱基。值得关注的是，NEIL3基因启动子区含有可形成G4结构的富G序列，且该序列存在潜在的氧化位点。然而，野生型NEIL3-G4及其O8G修饰形式的高分辨率结构仍未解析，因此，探索揭示NEIL3-G4及其O8G修饰结构对深入理解其生物学功能及靶向治疗药物的开发具有重要的科学研究意义。
孔令义/王凯波团队研究发现，NEIL3基因启动子序列主要形成parallel型与（3+1）hybrid-1型两种G4拓扑结构，呈现显著的结构多态性。位点特异性O8G修饰显著限制了NEIL3启动子G4的结构多态性，并选择性稳定parallel或（3+1）hybrid-1型G4结构，揭示了氧化碱基损伤在调控G4结构选择与功能转化中的关键作用。研究人员通过采集不同温度下，钾离子溶液中NEIL3 DNA的一系列1D，2D NMR谱图，根据NOESY数据，提取H-H之间的距离信息，利用Amber和Xplor-NIH等软件进行H-H距离限制的分子动力学模拟，解析了（3+1）hybrid-1 NEIL3-G4、（3+1）hybrid-1氧化型NEIL3-G4和parallelNEIL3-G4在含K⁺溶液中的三维溶液结构。研究人员进一步证实，野生型与氧化型NEIL3-G4可有效抑制DNA复制过程，且NEIL3-G4在正常及氧化应激条件下均能激活NEIL3基因表达。本研究强调了O8G诱导的G4结构可塑性在细胞应对氧化应激及调控基因表达过程中的重要作用。解析的高分辨率溶液结构为后续机制研究提供了关键的结构框架，并为开发针对癌症及神经退行性疾病的G4靶向治疗策略提供了潜在理论支持。
该研究成果近日以“Oxidative Damage Fine-Tunes G-Quadruplex Structures in Human Gene Promoters”为题作为封面文章发表于Angewandte Chemie International Edition上。我校博士研究生王宇和王莹莹为论文第一作者，中药学院孔令义教授、王凯波研究员为共同通讯作者，中国药科大学为唯一通讯单位。本研究工作得到了国家自然科学基金、江苏省双创团队、江苏省自然科学基金、中央高校基本科研业务费等资助。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202526126
氧化应激ROS等精准调控NEIL3启动子G-四链体结构和功能变化
（供稿单位：中药学院，撰写人：孙沁怡，审稿人：刘帆）