RNA-DNAハイブリッドG四重鎖の隠れた構造を解明(Researchers Uncover the Hidden Structure of an RNA-DNA Hybrid G-Quadruplex)

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2026-07-07 合肥物質科学研究院(HFIPS)

中国科学院合肥物質科学研究院・強磁場科学センターのZHANG Na教授らは、ヒトテロメアDNAとテロメア反復含有RNA(TERRA)から形成されるRNA–DNAハイブリッドG四重鎖(RDQ)の原子分解能構造を世界で初めて解明した。研究では、溶液核磁気共鳴(NMR)分光法を用いて、ヒトテロメアDNAと短いTERRA断片が形成するRDQを解析した結果、DNA鎖とRNA鎖が平行・逆平行配向を組み合わせた独特な立体構造を形成することが判明した。また、RNA中のグアニン塩基の一つが、RNA G四重鎖ではほとんど見られない特殊な構造状態をとることを発見し、RNAがDNAとの相互作用に応じて構造を柔軟に変化させることを示した。さらに、RDQの形成はDNAとRNAの双方を分解から保護し、長いTERRA分子と短いRNA断片が協調してDNA二本鎖の解離を促進することも確認された。これらの成果は、RDQがテロメア保護やゲノム安定性の維持、RNAとDNAの相互作用の制御に重要な役割を果たす可能性を示し、その生物学的機能の理解を大きく前進させるものである。

RNA-DNAハイブリッドG四重鎖の隠れた構造を解明(Researchers Uncover the Hidden Structure of an RNA-DNA Hybrid G-Quadruplex)
Schematic illustration showing the assembly of the RDQ and its capping/protective function at telomeric overhangs. (Image by FU Wenqiang)

<関連情報>

NMRによる研究で明らかになった、(3 + 1)混合鎖配向を持つヒトテロメアDNA-TERRA RNAハイブリッドG四重鎖における、非典型的にSynグリコシド配座に適応するグアニンリボヌクレオチド A Guanine Ribonucleotide Atypically Adaptive to the Syn Glycosidic Conformation in a Human Telomeric DNA–TERRA RNA Hybrid G-Quadruplex with (3 + 1) Mixed Strand Orientations Studied by NMR

Wenqiang Fu,Wenxuan Hu,Haitao Jing,Tao Wang,Cece Wang,Fengnan Liu,Di Gao,Huiying Yuan,Ruixiang Pang,and Na Zhang
Journal of the American Chemical Society  Published: June 25, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.6c03261

Abstract

The generation of RNA–DNA hybrid G-quadruplexes (RDQs) through heteromeric association between individual DNA and RNA G-rich strands has been proposed as an important mechanism in the regulation of genome transcription, replication, and telomere capping. Based on low-global-structure-resolution circular dichroism spectra, numerous RDQs have been routinely detected almost exclusively in a parallel topology because of the inherent preference of riboguanosine (rG) to adopt an anti glycosidic torsion angle. However, high atomic-resolution structures of RDQs resolved using nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, X-ray crystallography, or cryogenic electron microscopy (CryoEM) remain unavailable in the PDB database at present. To the best of our knowledge, this study is the first to present an NMR structure of a human telomeric RDQ (Htel-RDQ) assembled between a three-repeat human telomeric DNA strand of d(GGGTTAGGGTTAGGG) and a single-repeat TERRA RNA strand of r(UAGGGU). Interestingly, this Htel-RDQ uncommonly adopts a (3 + 1) hybrid topology featuring three parallel and one antiparallel strand orientations, with one rG atypically in the syn glycosidic torsion angle and a C2′-endo sugar pucker conformation. The findings of this study confirm that the inherent anti rG preference in RNA G-quadruplexes can be adaptively unrestricted in an RDQ assembly and disclose a latent structural complexity previously unanticipated in RDQs.

細胞遺伝子工学
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