近日，上海科技大学生命科学与技术学院孙博课题组在国际学术期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）发表题为“Coexistence of G-Quadruplex and i-Motif Within a DNA Duplex is Tolerated by a PCBP2-Assisted Replisome”的研究论文，并被选为“Hot Paper”（热门论文）。该工作首次证实特殊DNA二级结构G-四链体（G-Quadruplex，G4）与i-Motif（iM）能够在同一条DNA双链中共存，同时揭示了致癌剪切因子PCBP2协助复制体克服这一复合结构障碍的新通路。
基因组DNA除经典的双螺旋构象外，还可形成多种非典型高级结构。其中，富含鸟嘌呤（G）或胞嘧啶（C）的序列可分别折叠形成G4和iM等二级结构。这些结构广泛分布在启动子、端粒等功能区域，密切参与转录调控、染色质重塑及基因组稳定性维护，因此成为相关疾病治疗的重要靶点。尽管G4与iM分别形成于互补的G富集链和C富集链，但受空间位阻限制，它们长期被认为难以在同一DNA双链区域内稳定共存。既往研究多依赖统计学预测或间接推断，缺乏证实二者“共存”或“互斥”的直接证据。这一认知局限不仅阻碍了研究人员对基因组结构异质性的深入理解，也无法阐明G4及iM对复制等关键DNA代谢过程的具体影响机制。
本工作综合运用单分子技术以及体外生化实验，直接证明了G4与iM可在同一DNA双链中形成稳定的共存结构，颠覆了传统的“互斥”假设。通过pH调控、小分子稳定剂干预以及单分子荧光及力学手段，系统刻画了iM:G4复合结构的形成条件、稳定性与转换特征，证明该复合结构在生理条件下具有高稳定性，能够长期存在，并对复制体构成不容忽视的结构性障碍（图1上）。在此基础上，研究进一步揭示了复制体跨越该复合障碍的蛋白辅助机制。致癌剪切因子PCBP2蛋白是一种与RNA剪接、mRNA稳定性及肿瘤发生密切相关的多功能核酸结合蛋白。研究发现，PCBP2对富C单链DNA具有高亲和力，并且能够显著削弱iM的稳定性；iM解折叠之后，共存的G4随之发生重塑，并与富C链退火形成双链DNA，从而为复制叉进展扫清障碍（图1下）。
图1. iM:G4结构的动态变化及PCBP2介导的复制耐受机制。上图：微酸/中性pH下形成稳定iM:G4结构；碱性pH下iM:G4结构解折叠、退火恢复双链。下图：PCBP2通过特异性结合iM破坏iM:G4结构稳定性，消除其对T7复制体的阻滞作用。
该研究首次证明G4与iM可在双链DNA中稳定共存，揭示了PCBP2辅助DNA复制体跨越复杂二级结构障碍的新机制。这些发现不仅丰富了对基因组高阶结构和复制压力调控的认知，也为靶向PCBP2相互作用来干预肿瘤细胞复制压力提供了新的治疗思路。
上海科技大学生命科学与技术学院2023级博士研究生鲍彦伶及2025级博士研究生吴绍娟为论文共同第一作者，孙博副教授为通讯作者，上海科技大学为第一单位。
论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202523769
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