英文原题：Peptides Selected by G4-mRNA Display-Seq Enable RNA G-Quadruplex Recognition and Gene Regulation
通讯作者：郭骏杰，香港城市大学
作者：牟希，香港城市大学
研究背景
G-四链体 (G-quadruplex, G4s) 是一种特殊的核酸二级结构，研究报道G4在调控多种细胞过程中发挥重要作用，包括基因表达、RNA代谢、表观遗传状态以及与神经疾病和癌症等相关的疾病。因此，G4的结构构象和生物学意义使其成为药物开发中具有前景的治疗靶点之一。
目前用于G4靶向的主要方法包括G4特异性小分子和抗体。虽然它们对G4表现出了很好的特异性和亲和力，但大多无法区分RNA (rG4) 和DNA G4（dG4）。为了解决这个问题，开发创新平台并探索新的G4靶向工具，如G4特异性肽段，具有重要意义。到目前为止，大多数报道的G4结合肽段都来源于内源蛋白质。虽然最近利用噬菌体显示技术发展了几种靶向dG4的新型肽段和纳米抗体，但它们对于识别rG4的亲和性和选择性尚未得到检验，它们调控rG4介导的基因活性的能力也尚未探索。
研究亮点
（1）开发了G4-mRNA display-Seq平台，用于筛选能够特异性识别目标G4结构的肽段；
（2）应用G4-mRNA display-Seq平台筛选出了能特异性识别rG4的多肽，并通过结构改造使多肽实现更高亲和力的同时保留了rG4选择性；
（3）展示了改造后的多肽能在体内识别并靶向rG4实现基因调控。
内容介绍
图1. G4-mRNA display-Seq流程示意图
G4-mRNA display-Seq流程示意图，包括编码mRNA的DNA库、连接、体外翻译、反转录PCR、筛选、洗脱和测序。采用12个氨基酸的NNK随机库，进行了六轮逐渐严格的正向筛选，富集了特异性结合hTERC rG4的肽段。此外，还引入了负向筛选去除非特异性结合物。
图2. 筛选和改造针对G4靶点的新型短肽段以实现更高亲和力及特异性
根据NGS测序结果进行测试发现，多肽11能特异性结合rG4，证明了G4-mRNA display-Seq平台可以筛选出针对G4靶点的新型短肽段。为了进一步改善G4结合性能，作者接下来尝试对rG4结合肽段进行结构改造和优化，设计了串联和环状的Pep11。结果显示这两个版本对hTERC rG4的结合亲和力显著增强。为了验证结合结果，作者进一步对hTERC rG4野生型（WT）和突变型（MUT），及不同的rG4、dG4和非G4靶点进行了结合选择性测试。结果显示串联和环状的Pep11均与rG4 WT结合，与dG4结合较弱，而不与非G4靶点结合，说明改造后的肽段对G4结构仍具有特异性。总体而言，该研究对rG4结合肽段进行的修改和优化显著提高了rG4的结合亲和力，表明从G4-mRNA display-Seq中得到的肽段的合理设计可以显著增强肽段与rG4靶点的结合，并同时保持选择性。
图3. 串联和环状Pep11均能实现体内基因调控
通过双荧光素酶报告基因实验，该研究展示了串联Pep11和环状Pep11均可以通过靶向感兴趣的rG4来抑制翻译过程。
总结，本研究开发了一种名为G4-mRNA display-Seq平台，用于筛选G4特异性肽段，鉴定和表征新型肽段及其衍生物在G4结合亲和性和选择性上的作用，并阐明它们在通过靶向感兴趣的rG4调控基因表达中的应用。该研究为鉴定、表征和应用靶向rG4的肽段打开了新的大门，而且这项策略也适用于其他核酸结构。
作者简介
牟希，香港城市大学
本文第一作者，香港城市大学化学系博士后，研究方向为G-四链体二级结构及其生物调控和多肽靶向研究。曾在Nucleic Acid Research，Nature communication 等著名期刊上发表学术论文。
郭骏杰，香港城市大学
本文通讯作者，香港城市大学化学系副教授，长期从事核酸化学和生物学研究，研究成果获得了包括英国皇家学会国际交流奖学金、裘槎创新奖、香港城市大学校长奖等，2021 年被评为香港青年科学院（YASHK）院士和香港高等研究所化学新星，2022 年荣获中国国家自然科学基金优秀青年科学基金项目（港澳），香港城市大学杰出研究奖，多次受顶级期刊 (Trends in Biochemical Sciences, Trends in Biotechnology, Nature Plants, Nature Chemical Biology, Nucleic Acid Research, Cold Spring Harbor Perspectives in Biology) 邀请撰写综述文章。近年来课题组在 Nature, Nature Methods, Nature Communications, Nature Protocols, Cell Genomics, Cell Reports, Genome Biology, Nucleic Acid Research, Journal of the American Chemical Society, Angewandte Chemie International Edition, ACS Applied Materials & Interfaces, Chemical Science, Chemical Communications 等国际著名期刊上发表论文 60 多篇。联合创办的 Hong Kong RNA Club 自 2017 年以来定期组织 RNA 研讨会和专题讨论会活动，促进国内外 RNA 有关领域的学术交流。欲了解更多信息，请登录课题组网站 http://kitkwok.com。
目前课题组的研究围绕“RNA 结构和相互作用在生物学中的作用”, “开发用于检测、成像、干扰 RNA 结构和相互作用的靶向工具”, 以及“感知化学污染物和病原体的新技术” 展开，主要的研究方向包括：
1. G -四链体结构/相互作用
2. RNA 生物学和基因调控
3. 适配体开发与应用
转自：“ACS美国化学会”微信公众号
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