MYC 癌基因启动子的 G 四链体结构（MycG4）能够调控转录过程，并且在永生化细胞中是一种常见的 G4 结构位点。Nucleolin（核仁素）是一种主要的与 MycG4 结合的蛋白质，它对 MycG4 的亲和力高于对Nucleolin识别元件（NRE）RNA 的亲和力。Nucleolin的四个 RNA 结合域（RBDs）对于高亲和力的 MycG4 结合至关重要。

2025年4月18日，普渡大学杨丹洲团队在Science 在线发表题为“Structural basis for nucleolin recognition of MYC promoter G-quadruplex”的研究论文，该研究公布了Nucleolin- MycG4 复合物的 2.6 埃晶体结构，该结构展示了一个折叠成平行的 G4链体结构，其中包含两个配位钾离子（K⁺），通过其 6 个核苷酸（nt）的中心环和 5" 靠近区域与 RBD1、RBD2 和 Linker12 相互作用。

RBD3 和 RBD4 以核磁共振（NMR）证实的方式与 MycG4 的 1 个核苷酸环结合。在靶点切割和标记化测序中证实了Nucleolin在细胞中与 MycG4 的结合。总之，该研究结果揭示了一种基于 G4 结构的调节蛋白识别方式，通过多价相互作用实现，表明 G4 是Nucleolin的主要细胞底物，这暗示了 G4 的表观遗传转录调控作用，并有助于针对 G4 的药物发现。

G-四链体（G4）是存在于富含鸟嘌呤（G）序列中的 DNA 或 RNA 二级结构，具有重要的功能作用。这些球状结构在生理条件下形成，并通过细胞内的钾离子（K⁺）或钠离子（Na⁺）得以稳定。癌基因启动子中的 G4 结构调节基因转录，并且是很有前景的抗癌药物靶点。特别是 MYC 癌基因，其近端启动子 NHE III1 包含一个形成 G4 结构的区域，该区域控制着 75%至 85%的转录。在 K+ 溶液中，MYC NHE III1 形成两条平行链的 G4 结构，即 Myc121 和 Myc161。平行的 G4 结构非常坚固，在启动子区域和 RNA 的 G4 结构中很常见。

该研究通过构建一个新的针对nucleolin-MycG4 复合物的特异性片段抗原结合区域（Fab）以及优化的 Myc161 序列，成功解析了该 1：1 nucleolin-MycG4 复合物的晶体结构，分辨率达到了 2.6 埃。nucleolin的四个 RBD（受体结合域）对于与 MycG4 的高亲和力结合至关重要，这与它与 NRE RNA 的相互作用不同，后者仅涉及两个 RBD。nucleolin更倾向于与 Myc161 G4 结合（解离常数 Kd 为约 3 纳摩尔）。在复合物结构中，Myc161 G4 采用了一种折叠的平行链状拓扑结构，三个 G 四聚体之间有两对 K⁺ 离子，与自由的 Myc161 的核磁共振（NMR）溶液结构非常相似，包括类似的 5’ DNA 三联体帽结构。

基于 G4 结构的蛋白质识别在 G4 型表观遗传转录调控中的作用（图源自Science ）

nucleolin的四个 RBD（受体结合域）环绕着 MycG4 形成多价相互作用，与它的三个环和 5" 靠近区域进行特异性和高亲和力的识别。RBD1、RBD2 和 Linker12 与 Myc161 的 6 个核苷酸（nt）中心环和 5" 靠近区域广泛相互作用，其中 Linker12 采用高度结构化的 9 个氨基酸的α螺旋。RBD3 和 RBD4 与 MycG4 的 1 个核苷酸环结合，这一点已通过核磁共振实验得到证实。该复合结构揭示了位于标准 RNP 基序之外的独特的nucleolin特异性碱基识别模式，允许与分布在球形 G4 底物上空间分散的多个单独碱基进行多价结合。nucleolin与 MycG4 的结合会抑制聚合酶延伸。在靶标切割和测序（CUT&Tag）下进行的实验表明，nucleolin与细胞中的 MYC 启动子形成 G4 的区域结合。值得注意的是，nucleolin在全基因组中的结合位点与 G4 位点紧密对齐，这表明 G4 是nucleolin在细胞中的主要底物。

总之，该研究首次公布了 G4 与调节蛋白复合物的高分辨率结构。结构揭示了基于 G4 结构的首次蛋白质识别模式。这种具有多个环和侧翼区域的球形 G4 结构为与模块化nucleolin蛋白的多价相互作用提供了理想的平台。MycG4 的特异性和高亲和力识别需要nucleolin蛋白的全部四个 RBD。nucleolin与封闭的 G4核心几乎没有相互作用，但它能识别球形 G4 的暴露环和侧翼区域，这可能是 G4 与非螺旋酶蛋白相互作用的一般特征。总之，该研究发现表明 G4 是nucleolin的主要细胞底物，并表明基于 G4 的表观遗传转录调控。nucleolin与 MycG4 的特异性和高亲和力结合可以阻断其他转录因子与同一启动子区域的结合或招募调节蛋白。此外，nucleolin- MycG4 复合物结构将有助于针对 G4 的药物发现。

参考消息：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr1752