Nucleic Acids Research
单分子力谱揭示8-氧鸟嘌呤对端粒DNA配对的影响

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本文通过单分子磁镊技术，精确测量端粒DNA发夹和G-四链结构中8-氧鸟嘌呤（8-oxoG）对折叠/解折叠动力学和机械稳定性的影响。作者发现5'-端8-oxoG显著降低G4折叠速率和自由能，为端粒氧化损伤及其在复制叉和转录叉中的影响提供新见解。

 

文献概述
本研究通过单分子磁镊技术，研究了端粒DNA发夹结构中单一8-oxoG损伤对机械稳定性及折叠/解折叠平衡的影响。结果表明，中心位置的8-oxoG与野生型DNA具有相似的杂交能量和动力学，而5'或3'端附近的8-oxoG则显著增强末端fraying并阻碍完全折叠。此外，5'端8-oxoG修饰显著降低G4折叠速率和自由能。

背景知识
8-oxoG是一种常见的DNA氧化损伤，因其低还原电位而易于形成，广泛存在于端粒区域。它可能在DNA复制、转录和端粒酶活性中引发错误配对或结构不稳定。G-四链结构（G4）在端粒中也存在，8-oxoG对其稳定性的影响尚不明确。研究8-oxoG对DNA双链和G4结构的影响，有助于理解氧化应激对端粒生物学的影响。

 

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研究方法与实验
研究团队设计了含单一8-oxoG修饰的端粒发夹和G4结构，通过单分子磁镊技术测量其在不同力条件下的折叠/解折叠动态。通过力-延伸曲线分析折叠自由能，并利用Bell–Arrhenius模型研究力依赖的解折叠速率。此外，通过圆二色性（CD）光谱分析不同修饰对热稳定性的影响。

关键结论与观点

• 中心位置的8-oxoG对发夹结构的稳定性影响较小，折叠能量与野生型相近。
• 5'或3'端附近的8-oxoG显著增强末端fraying，降低折叠稳定性，且在10.1 pN下解折叠速率提高130倍。
• 5'端8-oxoG修饰的G4结构折叠速率和折叠自由能显著下降，从5.9 kBT降至2.3 kBT。
• 8-oxoG对G4的结构影响比双链更显著，可能与其Hoogsteen氢键减少有关。

研究意义与展望
本研究首次量化8-oxoG对端粒DNA双链和G4结构折叠/解折叠动力学的影响，为DNA复制、转录和端粒维护的氧化损伤效应提供分子基础。未来研究可进一步探索8-oxoG对DNA修复酶或端粒酶介导延伸的影响，为氧化应激相关疾病提供新的分子机制解释。

 

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结语
8-oxoG是端粒DNA中常见的氧化损伤，其对Watson-Crick和Hoogsteen配对的影响在不同位置存在差异。本研究利用单分子力谱技术，系统性地分析8-oxoG在发夹和G4结构中的影响。结果表明，中心位置的8-oxoG对发夹结构稳定性影响较小，而5'或3'端修饰则显著增强末端解折叠，影响DNA折叠完整性。此外，5'端8-oxoG显著降低G4折叠速率和自由能，说明其对G4稳定性的破坏更为明显。这些发现为端粒区域氧化损伤在复制和转录叉中的影响提供重要数据，并有助于优化DNA热力学模型和理解氧化应激对端粒功能的影响。未来研究可进一步评估8-oxoG如何影响端粒酶延伸及DNA修复机制，从而为端粒相关疾病提供潜在干预策略。

 

Yuanlei Cheng, Ximin Wang, Xuyang Yang, Yashuo Zhang, and Huijuan You. Impact of a single 8-oxoguanine lesion on Watson–Crick and Hoogsteen base pair hybridization in telomeric DNA quantified using single-molecule force spectroscopy. Nucleic Acids Research.