近日，国际学术期刊Journal of the American Chemical Society在线发表了华中农业大学动物科学技术学院、动物医学院位灯国教授团队和英国伦敦大学学院(UCL)药学院Shozeb Haider教授合作研究成果，题为“Mechanistic Insights into the Ligand-Induced Unfolding of an RNA G-Quadruplex”。通过计算模拟结合生物化学实验，揭示了卟啉化合物TMPyP4破坏RNA G-四链体结构的机制;为研究G-四链体与配体互作以及靶向RNA G-四链体的去稳定剂设计提供了新思路。

G-四链体是由鸟嘌呤富集序列折叠成的特殊核酸结构，它的形成会影响基因复制、转录以及翻译等过程。加入小分子破坏特定G-四链体的结构，可简单快捷地降低其对生物过程的干扰。然而，目前，破坏G-四链体结构的小分子只是在实验中偶然筛选到的(如，TMPyP4)。我们对小分子破坏其结构的作用机制知之甚少，无法靶向特定G-四链体结构设计专一性的去稳定剂。为开发反向验证G-四链体功能的小分子工具，揭示G-四链体结构去稳定剂作用机制、发展设计方法，显得非常有必要。

图 1 TMPyP4破坏G-四链体结构机制

前期，位灯国教授团队在伪狂犬病毒唯一立即早期基因IE180 3' UTR区域鉴定出一段促进IE180表达和病毒增殖的RNA G-四链体可形成序列，发现TMPyP4破坏该G-四链体结构，并对病毒呈现了明显的抑制效果(RNA Biology，2020);通过单波长反常散射解析了TMPyP4与RNA G-四链体的两个复合物结构(Nucleic Acids Research, 2020)。

基于复合物结构以及生物物理实验，团队成员猜测小分子与G-四链体的两个复合物结构可能是小分子破坏G-四链体过程中存在的两个状态，便采用增强采样的分子动力学模拟，发现小分子TMPyP4在解开G-四链体结构之前，先与G-四链体结合，经过loop 区的引导，小分子在G-quartet表面(四个鸟嘌呤通过氢键组成的平面)振动，在groove 中滑动，最后促成G-四链体结构的解链。小分子斜插在groove 和G-quartet交界处的构象是促成G-四链体的解开的一个关键状态。

该工作将计算模拟与生化实验分析相结合，揭示小分子改变G-四链体构象的动态转变机制。基于转变的关键状态，有望设计出高选择性的G-四链体去稳定剂。该工作为G-四链体功能研究或者以G-四链体为靶点的抗病毒药物分子设计提供新思路。

英国布里斯托尔大学Susanta Haldar博士和华中农业大学张雅姝博士为论文的第一作者，华中农业大学动科、动医学院位灯国教授和伦敦大学学院药学院Shozeb Haider教授为通讯作者。本研究得到国家自然科学基金、中央高校基本科研经费等项目资助。