G-四链体介导的TRF2基因自我调控机理研究

G-quadruplex formed by guanine-rich nucleic acid is widely dispersed in the human genome and is involved in the gene regulation. TRF2 is one subunit of the Shelterin complex and plays a significant role in protecting the end of telomere. TRF2 specifically interacts, via G-quadruplex formation, with telomeric DNA and RNA sequence. There are Potential G-Quadruplex-forming Sequences (PQS) among the TRF2 gene. We previously discovered that TRF2 interacted with the G-quadruplex formed by the PQS in the TRF2 gene itself. It is expected that the interaction between them may provide possibility of the TRF2 gene's auto-regulation. The study on the mechanism of the G-quadruplex mediated auto-regulation of TRF2 will facilitate better understanding the biological significance of TRF2 during protecting telomeric end and T-loop formation.

富含鸟嘌呤的核酸序列可形成G-四链体结构，该结构广泛分布于人的基因组中并参与基因调控。TRF2是庇护蛋白复合物的亚基之一，在参与保护端粒末端过程中起到重要作用。该蛋白可以结合端粒DNA和端粒非编码RNA(TERRA)序列，且结合过程特异性依赖于G-四链体这种高级结构。TRF2基因中也存在可形成G-四链体的序列（PQS序列），我们在前期研究中发现TRF2与自身PQS序列形成的G-四链体结合。故本项目拟研究TRF2通过和自身基因PQS序列形成的G-四链体相互作用、调控TRF2基因本身的过程，探索G-四链体结构在此过程中的作用。研究G-四链体介导的TRF2基因自调控机制，将有助于理解TRF2在保护端粒末端和T-loop形成过程中的重要生物学意义。

庇护蛋白是结合于端粒末端的多亚基蛋白复合体，起到保护端粒，稳定基因组组成的作用。TRF2是庇护蛋白复合物的重要亚基之一，在保护端粒末端过程中起到防止端粒DNA被错误识别为损伤位点而被异常修复的作用。经生物信息学方法分析TRF2基因，发现其5'UTR区存在可形成G-四链体结构的序列。G-四链体是富含G的核酸序列形成的核酸高级结构，频繁出现在端粒、启动子及3'/5'UTR区等基因调控重点区域。通过生化结合实验和核磁滴定实验，我们发现TRF2碱性结构域（TRF2B）与自身PQS序列形成的G-四链体结合，并且该相互作用表现为G-四链体结构依赖性、具有严格的结构特异性。在确认这种相互作用后，我们研究了相应的细胞内效应：细胞实验发现在小鼠胚胎干细胞中过表达TRF2B会下调TRF2基因本身。综合TRF2B对G-四链体结构的特异性结合，我们认为细胞内TRF2基因存在依赖于G-四链体结构的自我调控机制，这有助于从全新的角度理解TRF2的生物学意义，也为理解G-四链体在基因调控中的作用提供新思路。