中国旅美学者何裕建博士与美国国立卫生研究院（NIH）的同事日前在人类染色体端粒DNA的天然结构和功能研究领域取得重要进展。何裕建等人在水溶液条件下，利用“辐射探针”法对聚核苷酸dAGGG（TTAGGG）3的四螺旋构象进行了测定。《核酸研究》杂志于日前对这项人类染色体端粒DNA在正常生理溶液条件下的天然构象选择方式的研究成果进行了报道。
据科学时报报道，研究表明，人类染色体端粒DNA在生物学过程中可能起着某些重要作用。例如，人类染色体端粒DNA的长短可能与人类寿命具有相关性，当染色体端粒DNA的长度短到一定程度时,可能预示着生命的终结，因此研究和了解人类染色体端粒DNA的天然结构和功能，不仅对人类本身，而且在生物学上都具有重要意义。
据现任职于中国科学院研究生院的何裕建教授介绍，重复的非编码DNA序列（TTAGGG）n存在于所有的人类染色体端粒中。这些重复序列形成了可能具有重要生物学功能的多种分子间或分子内非B-DNA构象，其中最常见的构象之一便是四螺旋DNA结构。科学家已经通过核磁共振和X晶体衍射对寡核苷酸dAGGG（TTAGGG）3的反平行和平行两种分子间四螺旋结构进行了研究。平行四螺旋结构表现为螺旋桨构象;反平行四螺旋结构则有椅式和筐式两种构象。在这三种四螺旋构象形式中，端粒DNA序列都由4个碱基G组成的平面G4碱基子形成折叠方式不同的分子内四螺旋结构。然而，核磁共振和X晶体衍射却无法在正常或接近正常的生理溶液条件下研究人类染色体端粒DNA结构的构象折叠方式，前者要求样品在高浓度（如毫摩尔）水平上，而后者则要求样品处于晶体状态。在正常的细胞中，金属钠离子的浓度约为5～15毫摩尔浓度，而金属钾离子的浓度约为140毫摩尔浓度。因此,要了解和确定人类染色体端粒DNA的功能，研究和弄清其构象结构，尤其是在正常生理溶液条件下的天然构象结构具有十分重要的意义。
何裕建长期从事放射
药学、DNA结构生物学、生命起源和分子化学进化的研究。在该项工作中，他们首先对DNA样品进行放射标记，由于放射核将损伤邻近的核苷酸，并且距离放射核的远近与核苷酸受损程度成正比关系。因此在对DNA序列电泳胶进行分析后，根据核苷酸的受损程度可以反过来得到核苷酸与放射核的空间距离，然后得出DNA的空间构象方式。在此实验过程中,DNA的浓度仅在皮摩尔甚至纳摩尔浓度水平上。
何裕建等人通过DNA链聚合反应,将包含端粒DNA重复序列的寡核苷酸样品用碘125胞嘧啶进行标记，通过电泳胶纯化后，将样品分别制备在钠离子和钾离子溶液中形成DNA四螺旋结构，并且通过DMS等化学修饰法和电泳法对DNA四螺旋结构形成进行了确定。何裕建等人在3周后用DNA序列电泳胶测定了DNA四螺旋的损伤分布，然后推断出不同金属离子条件下DNA四螺旋的构象。实验结果表明，在生理溶液条件下，人类染色体端粒DNA以分子内四螺旋构象结构为主。在钾离子条件下，它更趋向于以反平行的椅式构象存在；而在钠离子条件下，人类染色体端粒DNA则趋向于以反平行的筐式构象存在。这一结果表明，在细胞中，人类染色体端粒DNA的四螺旋构象可以随钾离子和钠离子浓度比例的变化而变化，即可能存在一个钠-钾离子开关，它对人类染色体端粒DNA的四螺旋构象进行调控，然后影响其生物功能。
何裕建指出，对于放射生物化学家而言，由于生物学中许多重要的大分子或复合物在正常生理溶液条件下的构象结构尚未解决，因此“辐射探针”法作为一种化学方法，在结构生物学上具有很大的应用前景。
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