G4配体是能够与G-四链体DNA(G4)紧密结合的小分子。在G4研究领域，大量的精力被用于筛选或合理的设计G4配体，故而，也发展了一系列被广泛接受和常规实施的分析方法来评估它们在体外与G4的相互作用特性，并将它们作为创新的化学生物学工具来调控涉及G4_S的细胞网络。与之相反的是，迄今为止，只有相当少的破坏G4_S稳定的小分子被研究，尽管已经认识到，这种分子工具将在神经生物学中有巨大的应用，因为许多遗传和年龄相关的疾病都是由G4_S的过度代表引起的。造成这种情况的一个可能的因素是缺乏可靠的体外试验来评估化学物质的G4展开特性。同时，由于尚未进行深入的细胞研究，关于使用这些化学物质作为解旋酶的替代品还没有广泛的共识。

近日，勃艮第大学ICMUB分子化学研究所高级研究员David Monchaud在《J. Am. Chem. Soc.》上发表了题为“Identifying G‑Quadruplex-DNA-Disrupting Small Molecules”的研究论文。作者开发了一种体外检测方法，以可靠地识别能够破坏G4_S稳定的分子。这一工作流程包括新设计的G4-unfold分析，以及一系列经典的用于研究G4/配体相互作用的生物物理和生化技术(CD、UV−Vis、PAGE和FRET-熔化)，以及qPCR stop分析。

图1. 在G4-unfold实验中评估的属于一系列卟啉的分子(TMPyP4, TEGPy, TPPS, TArPS, and TEGP)，G4稳定剂(PhenDC3, PDS, and BRACO19)，三芳基吡啶(Terpy)、氮杂环番(1，5-BisNPO、2，6-BisNPO和2，7-BisNPN)和G-钳类似物(PhpC和GuaC)。

图2. (A)Mendoza, Bourdoncle等开发的解旋酶分析示意图。(B)适用于评估小分子的G4不稳定性质的相关G4-展开试验示意图。

图3. (A)通过增加TMPyP4(左)和PhpC(右)的量(1~20 mol当量)进行的G4-unfold分析获得的实验曲线。(插图)对应的规格化曲线。小分子的存在既影响动力学(由图3A中C-hTelo添加后的曲线斜率表示)，也影响杂交的热力学(由最终荧光水平表示)。(B)用14种配体在4种不同浓度(1~20 mol当量，下进行G4-unfold分析时，用原始数据(左图)或归一化数据(右图)获得平均初始速度值(V₀，in s⁻¹)的热图；趋于暗红色的值高于对照(V₀=51.5 s⁻¹)，趋于深青色的值低于对照值。从原始数据(左图)和归一化数据(右图)清楚地区分了小分子对于G4不稳定(红色)和G4稳定(青色)的作用。

图4. 随着6种化合物(TMPyP4，TPPS，PhenDC3，1,5-BisNPO，2,7-BisNPN和PhpC)量(0~10 mol当量)的增加，3 µM hTelo G4的CD(A)和UV−Vis滴定曲线以及CD和UV−Vis滴定中观察到的变化随着6种化合物含量的增加而变化的总结。

图5. (A)hTelo和6种化合物(TMPyP4、TPPS、PhenDC3、1，5-BisNPO、2，7-BisNPN和PhpC)的不同的量(0~20 mol当量)进行PAGE实验的结果定量。(B)F21T和增加6种化合物的加入量(0~10 mol当量)进行的FRET熔融实验结果。随着6种化合物含量的增加，PAGE和FRET熔融分析中观察到的变化总结。总之，以上一系列的体外实验结果表明，这些技术中的每一种都提供了被测试化合物与G4相互作用特性的不同数据，但不能单独使用和信任。其中PhpC通过了所有测试，被证实具有G4展开作用。

图6. (A)由Sabouri等人开发的qPCR停止试验的示意图。(B和C)在含有G4的链(B)或不含G4的对照链(C)的情况下，通过增加PhenDC3和PhpC的量(1~5 mol当量)进行qPCR停止分析研究的实验曲线。实验证明增加PhenDC3的量降低了G4链的扩增效率，而PhpC被发现可以促进扩增。(D和E)用1~5 mol当量的TMPyP4、TPPS、PhenDC3、PDS和PhpC在含有G4的链(D)和不含G4链但含有对照链(E)的实验结果以及随着5种化合物含量的增加，qPCR停止实验中观察到的变化总结，证明了PhpC展开G4的能力。

综上所述，作者证明了卟啉作为DNA相互作用支架的多功能性，通过对它们的化学核心(电荷和侧臂)的修饰，可以逆转它们的结合特性。它在体外能够有效地破坏G4结构，促进G4解旋酶的活性。除此之外，他们证明了一种结合不同技术(G4-unfold、CD、UV-Vis、PAGE、DLS、FRET-熔化、G4-解旋酶分析和qPCR停止分析)的多步骤方法的可靠性，以最可靠的方式评估可能的G4解离化合物的实际效率。这些技术是互补的，因为它们的固有优点和缺点可以相互补充。

David Monchaud

勃艮第大学ICMUB分子化学研究所高级研究员。

研究方向：化学生物学，分子成像，光物理学，合成化学。

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c04426

编辑：赵晓蕊

审核：杨思慧

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