核酸结构研究领域中，G-quadruplex（G4）作为一类非典型核酸二级结构，因其在基因表达调控、端粒维持等生物学过程中的重要作用以及与疾病发生的关联而备受关注。然而，与G4相比，G-triplex（G3）结构的研究相对较少，尤其是在RNA中的G3（rG3）结构，直到2024年仍缺乏深入探索。这种研究空白为发现新的核酸结构及其功能提供了机遇。

在生物传感领域，G4结构因其能够与多种小分子结合并产生信号响应，已被广泛应用于高灵敏度的生物传感器开发中。这些传感器可用于检测金属离子、生物标志物等，但G4结构的高稳定性可能限制其在动态检测环境中的灵活性。相比之下，G3结构可能具有更高的灵活性和更广泛的靶标识别能力，为开发新型生物传感器提供了新的可能性。

CRISPR技术作为基因编辑和分子诊断领域的重大突破，尤其是CRISPR-Cas12a和Cas13a的转切割活性，使其在核酸检测中展现出极高的灵敏度和特异性。然而，现有的CRISPR诊断技术仍依赖于传统的报告分子，其性能仍有待提升。因此，探索新的报告分子结构，如rG3，对于进一步优化CRISPR诊断技术具有重要意义。

湖北中医学院李瑛、中国科学院大学杨运煌和中山大学张元庆等人发现并表征了一种新型的RNA结构——RNA G-triplex（rG3），并探索了其在生物传感和CRISPR诊断中的应用潜力。相关内容以“Unveiling a novel RNA G-triplex structure: its function and potential in CRISPR-based diagnostics”为题发表在《ChemComm》上。

【主要内容】

图1 新型rG3结构形成的表征

研究人员通过圆二色光谱（CD）分析了截短的人类端粒重复序列（T-TERRA）在不同Na⁺和K⁺条件下的光谱特征，发现其具有典型的平行G-triplex结构特征。通过熔解温度（Tₘ）测量，T-TERRA表现出显著的离子浓度依赖性，进一步证实了其高级结构的形成。核磁共振（NMR）分析揭示了T-TERRA在25°C和37°C下存在氢键结构，特征信号出现在10-12 ppm，表明G-triad的存在。最后，分子建模揭示了T-TERRA rG3结构的详细构象，包括三个平行的G-triad平面，通过Hoogsteen氢键和钾离子稳定。

图2 T-TERRA rG3结构与多种小分子的结合特性及其功能响应

实验发现，T-TERRA能够与硫黄素T（ThT）结合并显著增强其荧光信号，且在NaCl和KCl条件下表现出不同的结合效率。此外，T-TERRA与N-甲基中卟啉IX（NMM）结合后也能显著增强荧光，表明其对小分子的结合能力。进一步实验显示，T-TERRA与血红素结合后表现出类似过氧化物酶的活性，能够催化TMB氧化并产生吸收信号。这些结果表明，rG3结构具有作为生物传感元件的潜力，能够通过与小分子的结合产生可检测的信号响应。

图3 CRISPR-Cas13a对T-TERRA rG3结构的转切割能力及其在核酸诊断中的应用

研究人员利用FRET技术证明了Cas13a能够特异性切割rG3结构，导致FRET效率降低。通过CD光谱监测切割过程，发现Cas13a在30分钟内迅速降解rG3结构。尿素聚丙烯酰胺凝胶电泳（urea-PAGE）进一步验证了Cas13a对rG3的切割产物，表明其切割机制与rG4类似。此外，实验还展示了基于T-TERRA的Cas13a检测系统的灵敏度，检测限低至约10 fM。这些结果表明，rG3结构可以作为CRISPR诊断中的高效报告分子，为核酸检测提供了新的工具。

【全文总结】

这篇文章通过揭示rG3结构的特性及其在生物传感和CRISPR诊断中的应用潜力，为核酸结构研究、生物传感技术开发以及分子诊断领域带来了新的突破和思路。这些研究成果不仅为未来的基础研究提供了新的方向，也为相关技术的实际应用和产业化发展奠定了坚实的基础。

原文链接：

https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2025/CC/D4CC06581F

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