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早在1953年，沃森和克裡克首次揭開DNA的結構之謎。從那以後，DNA的雙螺旋結構便深入人心。近幾年，一種「四螺旋」的 DNA 結構如雨後春筍般地從科研界中「冒」了出來，這種結構通常被稱為G-四鏈體（G4s）。先前的研究發現，G4s在癌細胞內被大量檢測到，可能與癌症相關基因關係密切，並且推測G4s或許可以用作早期癌症診斷和治療中新的分子靶標。
近日，《Nature Chemistry》發表了一篇名為「Single-molecule visualisation of DNA 1 G-quadruplex formation in live cells」的文章，報導了一種螢光探針（SiR-PyPDS）能實時追蹤到活細胞核中的G4s的單個結構分子，真正實現了在不幹擾G4s動態摺疊的情況下，在人活細胞中對其動態過程進行檢測。
由於細胞中G4s的穩態性可能受到蛋白質（例如解旋酶的調節），無法通過快速離體技術來追蹤G4s。此外，一些常用於檢測活細胞中DNA和RNA的探針濃度相對較高，這可能會干擾G4s的動態摺疊過程以及引起細胞應激/毒性。針對此，該研究團隊製備了具有G4s特異性的螢光探針，在低濃度的條件下結合小部分G4s（約4%）便可以實現對G4s實時追蹤。
使用螢光探針SiR-PyPDS對活細胞中的G4進行單分子螢光成像
接下來，研究團隊試圖估算在活細胞中被SiR-PyPDS標記的G4s的比例以及做了一系列與其他G4s形成序列的體外結合實驗。結果發現，無論體內還是體外，SiR-PyPDS結合G4s觀察到的駐留時間相當，說明SiR-PyPDS可以用於檢測內源性的G4s。此外，為了深入了解活細胞中的G4摺疊過程，研究團隊使用了DNA甲基化試劑硫酸二甲酯 (DMS) 不可逆地捕獲未摺疊的G4狀態。結果發現，隨時間的變化，DMS處理後幾分鐘內細胞中SIR-PyPDS與G4s結合減少。
活細胞中的G4s的動態摺疊和展開過程
該研究團隊認為，既然已經能夠成像單個G4，那麼便能追蹤其在特定基因中的作用以及它們在癌症中的表達方式。正如英國劍橋化學與癌症研究系劍橋學院的Shankar Balasubramanian教授所說，「某些癌細胞對靶向G4s的小分子比非癌細胞更敏感，可能由於癌症前期或癌細胞中有著更多的G4s結構。」
從新生事物「G4s」的發現到可追蹤其在活細胞中的動態摺疊過程，每一步都是一大步，G4s與癌症相關基因密切相關已成事實，但能否利用其獨特的DNA結構作為靶點來治療癌症呢？小編以為，G4s可能離其迎來曙光已不遠了。