背景:富含鸟嘌呤的核酸序列可以形成G-四链体结构,它是一种具有重要生物学功能且稳定的核酸二级结构。科学家们通过BG4和1H6抗体首次证明了G-四链体核酸结构存在于人类基因组中。随后通过高通量测序方法检测到在人类基因组中存在超过70万个潜在的G-四链体形成序列,这些潜在的G-四链体形成序列多富集于复制起始位点、癌基因启动子以及端粒等区域。因此,可以将G-四链体核酸结构与DNA复制、癌基因（BCL2、MYC、RET、VEGF和C-KIT）转录调控和端粒维持等生物学过程联系起来。因此,从药理学的角度来看,设计特异性的配体小分子化合物旨在以G-四链体核酸结构作为媒介来诱导癌细胞的凋亡。而且,近年来将G-四链体核酸结构作为抗癌靶标一直是许多科学家们坚定的目标。在体内,G-四链体的折叠/去折叠动力学影响着细胞的生物学功能,如DNA的复制与转录等。所以,需要对G-四链体的折叠/去折叠动力学以及小分子化合物对其调控的作用机制进行探究。然而,由于G-四链体拓扑结构比较复杂,传统的生化方法难以区分量化溶液环境下多种共存的G-四链体核酸结构。而单分子磁镊方法可以较好地解决这一难题。因此,从单分子水平上去研究不同拓扑结构G-四链体的折叠/去折叠动力学对于理解其在生理环境下的功能是非常必要的。目的:本论文的目标是探究不同拓扑结构G-四链体的折叠/去折叠动力学属性以及研究靶向G-四链体的小分子化合物对双链环境下G-四链体折叠/去折叠动力学的调控作用机制,为更好地理解生物体内G-四链体的功能以及为设计靶向G-四链体的小分子化合物提供新思路,同时对于开发新型基于G-四链体的DNA酶、生物传感器、适配体和纳米器件具有重要参考价值。方法:本论文使用单分子磁镊技术与传统生化系综技术相结合的实验方法研究了不同拓扑结构G-四链体的折叠/去折叠动力学以及探究了靶向G-四链体的小分子化合物对双链环境下G-四链体折叠/去折叠动力学的调控作用机制。首先,使用传统生化系综方法,如圆二色光谱和核磁共振等方法,表征了G-四链体的形成与拓扑结构。之后,使用单分子磁镊的力-爬坡实验研究了各类拓扑结构G-四链体的折叠/去折叠动力学属性。最后,通过单分子磁镊方法研究了一系列经典的靶向G-四链体的小分子化合物对双链环境下G-四链体的折叠/去折叠动力学的调控作用机制。结论:1.混合型Bcl2-2345 G-四链体是一种动力学上有利的结构,具有更快的折叠和去折叠速率。相比之下,平行型Bcl2-1245 G-四链体的折叠和去折叠速率要慢得多。除了之前报道的Bcl2-2345和Bcl2-1245 G-四链体核酸结构外,我们的研究结果还首次表明在Pu39区域还有混合型Bcl2-1234 G-四链体核酸结构的形成。2.平行型拓扑结构G-四链体普遍具有缓慢的去折叠速率(10-5-10-7 s-1),说明去折叠这样稳定的二级结构需要的时间以天为单位。与此同时,我们还表明了G-四链体的热力学稳定性随着loop连接环的增加而降低,这可能是其折叠概率和折叠速率降低所致。平行型拓扑结构G-四链体具有缓慢的去折叠速率这一规律同样适用于非经典G-四链体核酸结构,表明此规律具有普遍适用性。3.双喹啉类化合物360A对端粒G-四链体核酸结构具有较强的诱导作用。这主要是由于双喹啉类化合物360A明显加速了端粒G-四链体的折叠速率并减缓了它的去折叠速率,对于双链DNA折叠/去折叠动力学则无明显影响,这导致G-四链体与双链DNA间竞争平衡朝着倾向于形成端粒G-四链体的方向发展。