G-四联体（G-quadruplex）是一种特殊的DNA结构。在富含鸟嘌呤的DNA片段中，四个鸟嘌呤通过Hoogsteen键形成平面正方形结构，多个这样的平面结构通过金属离子螯合在一起形成G-四联体。人和其它物种染色体端粒中广泛存在着能形成G-四联体结构的序列，在调控基因表达和维持基因组稳定性等生物学过程中扮演着重要角色。人类细胞中端粒的长短和大约85%的癌症的发生有着密不可分的关系。NMR和X-射线晶体学已经解析了G-四联体的静态结构，但G-四联体的折叠和去折叠动力学特别是其折叠路径是一个受到激烈争论的问题。

最近，中科院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室（筹）的李伟副研究员与王鹏业研究员、李明研究员以及西北农林科技大学的侯锡苗副教授、奚绪光教授合作，用单分子磁镊技术研究G-四联体在外力作用下的折叠和去折叠动力学。他们精细调节施加在单个G-四联体两端的拉力（图1b），研究G-四联体折叠和去折叠的细致平衡，并观察到了G-四联体折叠的中间态: G-三联体（G-triplex）。该研究第一次清晰表明G-三联体是G-四联体折叠和去折叠路径中必然要经历的中间态，由此结束了关于G-四联体折叠路径的争议。

相关结果发表在Journal of the American Chemical Society（JACS 2013 ）。该工作得到了国家自然科学基金、科技部“973”项目和中科院的资助。

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图1 G-四联体折叠和去折叠的动力学。（a）CD测量结果显示在100mM NaCl缓冲液中G-四联体呈现反平行结构。（b）磁镊测量示意图。（c）不同拉力作用下G-四联体折叠和去折叠的实时动态过程。

图2 根据实验结果建立的G-四联体折叠和去折叠的自由能曲线（a），以及据此提出的G-四联体折叠－去折叠模型（b）。