在正常情况下,生命体中的核酸呈现标准的双螺旋结构。然而,核酸也能以四重螺旋(G-四链体)结构存在。一旦形成四重螺旋,与遗传信息传递相关的转录反应、细胞寿命延续、与癌变相关的端粒延伸,以及与病毒繁殖有关的逆转录反应等多种生物学过程都将受到阻碍。因此,通过人工方法在生命体内形成稳定的四重螺旋结构,对于开发控制生命体病变的药物具有重要意义。
特别是,逆转录反应是人类三大传染病之一的HIV-1病毒在人类细胞内增殖所必需的过程。因此,长期以来,科学家们一直在研究有效阻止这一过程的方法。日本甲南大学的研究人员对四重螺旋结构的形成与解离进行了长期研究,并预测可以人工控制四重螺旋的形成与解离。在此基础上,研究小组开发了由三缩四乙二醇与胸腺嘧啶碱基形成的共价化合物——人造TEG修饰碱基。三缩四乙二醇对生命体具有良好的适配性,因此常用作药物修饰剂。课题组利用这种TEG修饰碱基设计了能够诱导HIV-1病毒RNA基因组中鸟嘌呤富集区形成四重螺旋的核苷酸。
结果发现,由含有TEG修饰碱基的核苷酸与目标RNA形成的四重螺旋结构,比由天然核苷酸形成的四重螺旋结构更为稳定。而且,将含有TEG修饰碱基的核苷酸加入到利用HIV-1逆转录酶制备的逆转录反应溶液中时,发现70%以上的逆转录反应被抑制。
尽管本研究针对的是逆转录,但形成的诱导稳定四重螺旋结构技术,还可用于阻止转录、翻译、端粒延伸等过程。因此,本研究成果在开发各类新型药物中具有广泛的应用前景。该研究已申请专利(日本专利申请号2015-95059),并于2016年8月4日在德国科学杂志《ChemBioChem》上发表。