来自人类 c-MYC 启动子和端粒的 DNA G4 结构被认为是重要的药物靶点；然而，开发基于小分子的荧光结合配体，在靶向这些 G4 结构方面比其他类型的核酸具有高度选择性。
2022年2月15日，广东工业大学卢宇靖，张焜及香港理工大学Wing-Leung Wong共同通讯在Nucleic Acids Research（IF=17）在线发表题为“Rational design of small-molecules to recognize G-quadruplexes of c-MYC promoter and telomere and the evaluation of their in vivo antitumor activity against breast cancer ”的研究论文，该研究报告了一种基于非选择性噻唑橙支架设计小分子的新方法，以提供与 G4 基序的侧翼残基和环的双向和多位点相互作用，以获得更好的选择性。配体旨在在 G4 结合口袋中建立多位点相互作用。
这种结构特征可以使分子对 c-MYC G4 的选择性高于其他结构。用 1H NMR 研究的配体-G4 相互作用可能表明与末端 G4的堆积相互作用。此外，与 BG4 的细胞内共定位研究和与 BRACO-19 的细胞竞争实验可能表明细胞中配体的结合靶点很可能是 G4 结构。此外，优先结合 c-MYC 启动子或端粒 G4 的配体能够显著下调 MCF-7 细胞中 c-MYC 和 hTERT 基因的表达，并诱导癌细胞衰老和 DNA 损伤。该研究还证明了配体在携带 MCF-7 肿瘤的小鼠中的体内抗肿瘤活性。
脱氧核糖核酸 (DNA) 和核糖核酸 (RNA) 等核酸是重要的遗传物质，在生命活动中发挥着许多重要作用。核酸的结构是复杂的，这是由于在不同条件下通过碱基之间的相互作用形成了各种高级结构。这些结构通常被认为具有调节细胞活动的某些独特功能，但与高级结构相关的大多数生物学机制尚不完全清楚。因此，对 DNA 和 RNA 的高阶结构的研究是一个重要的研究课题，特别是在定量分析、特异性鉴定、基因组学开发以及功能基因研究和应用方面。在体内实时识别任何特定类型的 DNA 结构，例如 G-四链体 (G4)，以监测它们的结构动力学并研究它们在活细胞中的生物活性是一项具有挑战性的任务。人类基因组中可能的 G4-DNA 基序数量可能达到 700,000 或更多。重要的是建立一种高选择性的分子工具来区分细胞中的 G4-DNA 结构，以便在活细胞或体内的某些条件下探测某些 G4-DNA 结构的存在，并了解相关的 G4-DNA 结构。然而，很难以高特异性预测和识别所有这些独特的分子，因为 G4 结构大多共享相同的鸟嘌呤四分体核心结构，尽管它们的环和 3'-和 5'-末端的侧翼序列显著不同。设计有靶向环和/或侧翼序列和鸟嘌呤四联体的官能团的配体与其他类型的核酸相比可以实现更好的与 G4 结构的相互作用或区分。近年来，G4 结构已成为发现体内调节端粒维持、转录、复制和翻译功能的热门研究课题。许多这些 G4 结构被发现是进化保守的。在 c-MYC 启动子和端粒中形成的 G4 结构的分子识别和稳定被认为是 G4 生物功能基础研究和新型抗癌药物设计的重要策略。越来越多的证据表明 c-MYC 启动子的 G4 结构，例如 Pu27，是癌症研究的一个非常重要的靶标。最近的一些研究发现，c-MYC 致癌基因的表达与细胞增殖的增强和细胞分化的抑制密切相关。发现大约 20% 的人类肿瘤与 c-MYC 过表达有关。文章模式图（图源自Nucleic Acids Research ）
一些最近报道的稳定 c-MYC 启动子 G4-DNA 的分子结合剂被发现能够在体内抑制肿瘤生长，这支持 c-MYC 可能是一个重要的药物靶点。核酸酶超敏反应元件 III1 (NHE III1) 是一个 27 bp 序列 (Pu27)，位于 c-MYC P1 启动子上游 -142 至 -115 bp，它控制 85-90% 的 c-MYC 转录。Pu27 的 DNA 序列富含鸟嘌呤，能够形成热力学稳定的 G4 结构。据报道，稳定 Pu27 的 G4 结构的阳离子卟啉 (TMPyP4) 能够降低 c-MYC 转录和蛋白质表达，并抑制参与癌细胞增殖的下游基因的转录激活，例如hTERT、ODC 和 CDC25A 。这些生物学效应可以通过 G4 配体与 Pu27 的 G4 结构的相互作用来中断。在过去的几十年中，已经报道了多种针对端粒 G4-DNA 的有效 G4 结合配体 。另一方面，关于靶向 c-MYC G4 用于活细胞或体内 G4 结构的荧光识别、传感和稳定的配体的报道相对较少。用于细胞或体内 G4 分子识别和基础研究的选择性配体仍然有限。尽管已经报道了一些通过荧光可视化方法在识别 c-MYC G4 方面表现出高选择性的探针，但结构区分的机制仍不清楚。该研究在此报告了基于小分子的配体的合理设计，用于通过荧光发光机制识别和可视化溶液和细胞中的 c-MYC G4-DNA 结构。在本研究中，系统地展示了整合在噻唑橙支架中的每个取代基如何根据配体-G4 相互作用诱导的荧光信号来控制 G4 结构选择性。发现具有双向和多位点相互作用系统的配体能够实现对c-MYC G4的高度选择性。用 1H NMR 和分子模型研究了配体与 c-MYC G4-DNA 的可能相互作用模式。此外，与 BG4 的细胞内共定位研究表明，配体对 G4 结构具有选择性。这些新的 G4 配体还对一组人类癌细胞表现出良好的细胞毒性，并表现出对 MCF-7 乳腺癌的有效体内抗肿瘤活性。参考消息：https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkac090/6528910#
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