DNA 不僅能形成「雙螺旋」,還會產生「四螺旋」結構

2021-01-21 基因谷

DNA 是生物體內最重要的遺傳物質，會形成一種「雙螺旋」結構，藉此才能完美地將遺傳訊息精確複製而遺傳給下一代。然而 DNA 的構造還有其他可能性，英國劍橋大學先前就已發現細胞中尚有一種「四螺旋」的 DNA 結構，主要發生於富含「鳥嘌呤」（Guanine，G）的區域，因此也稱作「G-四聯體」（G-quadruplex）。進一步科學家還發現 G-四聯體常出現於癌症相關基因的 DNA 區域內，很可能扮演著開啟或關閉這些基因的角色，因此四螺旋於癌症治療也有其重要性，也希望新藥研發公司能重視此生物學的基礎發現。

劍橋大學化學系的尚卡爾·巴拉蘇布拉曼尼安（Shankar Balasubramanian）教授為了更全面性研究 G-四聯體於人類細胞 DNA 的分布情形，首先研發出能精確辨認 G-四聯體構造的「抗體」（注）。有了這項強有力的「研究工具」後，研究團隊得以將細胞中大部分 G-四聯體分離出來。再藉由次世代核酸定序分析這些四聯體的核酸序列，並與已知的人類基因體序列比對後發現，細胞中的 DNA 竟有約一萬個 G-四聯體，而且多分布於調控基因表現的 DNA 區域，此外癌症相關基因的區域出現 G-四聯體的機會更高。研究內容已刊登在 2016 年 9 月的《自然遺傳學》（Nature Genetics）期刊。

當 DNA 處於雙股螺旋結構時 G-四聯體並不會產生，只有在 DNA 進行複製或基因轉錄時，雙股結構暫時被「解開」而暴露出單股 DNA，才有機會形成 G-四聯體。科學家也發現，某些細胞中的蛋白能協助 G-四聯體形成，少了它們形成的速度會很緩慢。

（Source：PMC）

由於 G-四聯體多出現在調控基因表現的區域，合理的推測它應該扮演調節基因表現的角色。科學家將能形成 G-四聯體區域 DNA 的鳥嘌呤置換為其他礆基，的確發現會使該基因表現下降；此外，若使用能與 G-四聯體結合的小分子化合物處理細胞時，那些具有 G-四聯體的基因表現量會明顯受到改變，而不具此構造的基因表現較不受影響。

最近，加拿大皇后大學（Queen’s University）一位博士班研究生 Caitlin Miron 女士（28 歲），從數量龐大的化合物中篩選出一款新穎的、能與 G-四聯體相結合的化學分子，將有機會用於抑制癌細胞的生長與轉移。Miron 說：「雖然 G-四聯體能抑制基因的表現，但是此解構很容易被細胞內某些酵素解開，而我們篩選出來的藥物，作用有如強力膠一般會將此結構固定住，因此能抑制致癌基因的表現。」

Miron 已經測試此新穎藥物對數種癌細胞生長的影響，結果顯示有些種類的癌細胞生長確實受到抑制了。由於本次發現的重要性，Miron 於最近（2017 年 11 月）獲頒「Mitacs 傑出創新獎」（Mitacs Award for Outstanding Innovation）。有了此項突破性的進展，科學家將能以此為基礎開發治療癌症的新藥。

【Technews科技新報】

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