我國旅美學(xué)者何裕建博士與美國國立衛(wèi)生研究院(NIH)的同事日前在人類染色體端粒DNA的天然結(jié)構(gòu)和功能研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。何裕建等人在水溶液條件下,，利用“輻射探針”法對聚核苷酸dAGGG(TTAGGG)3的四螺旋構(gòu)象進(jìn)行了測定,。《核酸研究》雜志于日前對這項(xiàng)人類染色體端粒DNA在正常生理溶液條件下的天然構(gòu)象選擇方式的研究成果進(jìn)行了報(bào)道,。

    研究表明,，人類染色體端粒DNA在生物學(xué)過程中可能起著某些重要作用。例如,，人類染色體端粒DNA的長短可能與人類壽命具有相關(guān)性,，當(dāng)染色體端粒DNA的長度短到一定程度時(shí),可能預(yù)示著生命的終結(jié)，因此研究和了解人類染色體端粒DNA的天然結(jié)構(gòu)和功能,，不僅對人類本身,，而且在生物學(xué)上都具有重要意義。

    據(jù)現(xiàn)任職于中國科學(xué)院研究生院的何裕建教授介紹,，重復(fù)的非編碼DNA序列(TTAGGG)n存在于所有的人類染色體端粒中,。這些重復(fù)序列形成了可能具有重要生物學(xué)功能的多種分子間或分子內(nèi)非B-DNA構(gòu)象，其中最常見的構(gòu)象之一便是四螺旋DNA結(jié)構(gòu),?？茖W(xué)家已經(jīng)通過核磁共振和X晶體衍射對寡核苷酸dAGGG(TTAGGG)3的反平行和平行兩種分子間四螺旋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。平行四螺旋結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為螺旋槳構(gòu)象;反平行四螺旋結(jié)構(gòu)則有椅式和筐式兩種構(gòu)象,。在這三種四螺旋構(gòu)象形式中,，端粒DNA序列都由4個(gè)堿基G組成的平面G4堿基子形成折疊方式不同的分子內(nèi)四螺旋結(jié)構(gòu)。然而,，核磁共振和X晶體衍射卻無法在正?；蚪咏５纳砣芤簵l件下研究人類染色體端粒DNA結(jié)構(gòu)的構(gòu)象折疊方式,，前者要求樣品在高濃度(如毫摩爾)水平上，而后者則要求樣品處于晶體狀態(tài),。在正常的細(xì)胞中,，金屬鈉離子的濃度約為5~15毫摩爾濃度，而金屬鉀離子的濃度約為140毫摩爾濃度,。因此,要了解和確定人類染色體端粒DNA的功能,，研究和弄清其構(gòu)象結(jié)構(gòu)，尤其是在正常生理溶液條件下的天然構(gòu)象結(jié)構(gòu)具有十分重要的意義,。

    何裕建長期從事放射藥學(xué)、DNA結(jié)構(gòu)生物學(xué),、生命起源和分子化學(xué)進(jìn)化的研究,。在該項(xiàng)工作中，他們首先對DNA樣品進(jìn)行放射標(biāo)記,，由于放射核將損傷鄰近的核苷酸,，并且距離放射核的遠(yuǎn)近與核苷酸受損程度成正比關(guān)系。因此在對DNA序列電泳膠進(jìn)行分析后,，根據(jù)核苷酸的受損程度可以反過來得到核苷酸與放射核的空間距離,，然后得出DNA的空間構(gòu)象方式。在此實(shí)驗(yàn)過程中,DNA的濃度僅在皮摩爾甚至納摩爾濃度水平上,。

    何裕建等人通過DNA鏈聚合反應(yīng),將包含端粒DNA重復(fù)序列的寡核苷酸樣品用碘125胞嘧啶進(jìn)行標(biāo)記,，通過電泳膠純化后，將樣品分別制備在鈉離子和鉀離子溶液中形成DNA四螺旋結(jié)構(gòu),，并且通過DMS等化學(xué)修飾法和電泳法對DNA四螺旋結(jié)構(gòu)形成進(jìn)行了確定,。何裕建等人在3周后用DNA序列電泳膠測定了DNA四螺旋的損傷分布，然后推斷出不同金屬離子條件下DNA四螺旋的構(gòu)象,。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,，在生理溶液條件下，人類染色體端粒DNA以分子內(nèi)四螺旋構(gòu)象結(jié)構(gòu)為主,。在鉀離子條件下,，它更趨向于以反平行的椅式構(gòu)象存在；而在鈉離子條件下,，人類染色體端粒DNA則趨向于以反平行的筐式構(gòu)象存在,。這一結(jié)果表明，在細(xì)胞中,，人類染色體端粒DNA的四螺旋構(gòu)象可以隨鉀離子和鈉離子濃度比例的變化而變化,，即可能存在一個(gè)鈉—鉀離子開關(guān)，它對人類染色體端粒DNA的四螺旋構(gòu)象進(jìn)行調(diào)控,，然后影響其生物功能,。

    何裕建指出,，對于放射生物化學(xué)家而言，由于生物學(xué)中許多重要的大分子或復(fù)合物在正常生理溶液條件下的構(gòu)象結(jié)構(gòu)尚未解決,，因此“輻射探針”法作為一種化學(xué)方法,，在結(jié)構(gòu)生物學(xué)上具有很大的應(yīng)用前景。