为大家推荐一篇发表在Nature Chemistry上的文章，文章标题是“Chemical profiling of DNA G-quadruplex-interacting proteins in live cells”。本文通讯作者是来自剑桥大学的Shankar Balasubramanian教授，其课题组专注于核酸的化学生物学方面的研究。本文中，作者设计并合成了一种生物正交的G4捕获化学探针，实现了G4相互作用蛋白的捕获与表征。
核酸-蛋白相互作用对于基因表达、DNA复制与修复等机体生命活动过程的调控具有重大作用。因此，这一调控过程的分子层面的解析，对于人类生命调控机制的阐释至关重要。然而，核酸的种类繁多，即使组成和结构相似，但其作用也不尽相同。因而想要单一地研究特定种类的核酸，探索其对应生物学功能，是非常困难的。本文中，作者提出了一个全面解析核酸G-四链体（G4）及其相互作用蛋白的策略，试图对G4-蛋白相互作用过程进行解析。
首先是靶向G4的生物正交光交联探针的设计与开发。考虑到此前的各类技术的优势与缺陷，作者选用了可精确控制反应且具有优秀标记时间分辨率的，基于小分子交联剂的全面捕获策略，以对G4相互作用蛋白进行捕获。同时，通过对G4结构组成的分析，他们发现对G4具有高选择性的化学小分子pyridostatin（PDS），是作为后续交联探针的最佳模板。根据PDS的结构，他们设计并合成了三种具有光交联基团双吖丙啶和生物正交富集基团炔基的小分子交联探针，包括具有短链连接子的PhotoPDS-1，具有柔性连接子的PhotoPDS-2和对照组探针Probe-3，并以此进行随后的标记实验的尝试。
随后他们在体内体外实验证明了探针的可行性。作者在体外测试了G4已知的相互作用蛋白BG4的捕获效果，结果显示，即使体系中存在单链核酸和双链核酸，但是1号和2号探针都可以特异性捕获G4，且具有优秀的解离常数。同时，他们将探针加入到HEK 293T的培养体系中，并在适当的条件下进行交联捕获，荧光胶结果显示，1和2都能有效地实现了蛋白的捕获，且1具有较强的信号响应。由此可知，PhotoPDS-1/2都能实现G4潜在底物的捕获。
通过二级质谱鉴定与生物学通路分析，作者实现了G4相互作用蛋白的鉴定。在365 nm紫外的照射下，G4潜在相互作用蛋白被捕获。同时，通过“点击化学”反应，相互作用蛋白被标记上生物素基团，并用于后续蛋白质组学分析。结果显示，PhotoPDS-1/2都具有相似的捕获特异性。他们挑选出高置信但未被报道的潜在相互作用蛋白，通过免疫印迹，ELISA和亲和富集等策略进行验证。结果发现，这些蛋白确实是之前未报道的与G4存在真实相互作用的蛋白。对其中的SMARCA4进行ChIP-seq的进一步鉴定，他们发现，SMARCA4在内源水平上也确实与G4存在共定位。由此，这一策略的可行性与可靠性都得到了有效鉴定。
综上，本文作者设计并合成了G4靶向的生物正交光交联探针PhotoPDS-1/2，实现了G4相互作用蛋白的有效鉴定。这一技术为绘制活细胞中特定类型核酸特征的相互作用蛋白谱提供了有效帮助，对核酸-蛋白相互作用分子机制的解析具有重要意义。
本文作者：KLH
责任编辑：LDY
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41557-021-00736-9
原文引用：DOI: 10.1038/s41557-021-00736-9
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