Optical control of gene expression using a DNA G-quadruplex targeting reversible photoswitch

光电开关 化学 染色质 小分子 基因表达 DNA 背景(考古学) 计算生物学 细胞生物学 基因表达调控 基因 生物物理学 G-四倍体 纳米技术 生物 生物化学 古生物学 光化学 材料科学
作者
Xiaoyun Zhang,Somdutta Dhir,Larry Melidis,Yuqi Chen,Zutao Yu,Angela Simeone,Jochen Spiegel,Santosh Adhikari,Shankar Balasubramanian
出处
期刊:Nature Chemistry [Nature Portfolio]
卷期号:17 (6): 875-882 被引量:24
标识
DOI:10.1038/s41557-025-01792-1
摘要

Transcriptional regulation is a dynamic process that coordinates diverse cellular activities, and the use of small molecules to perturb gene expression has propelled our understanding of the fundamental regulatory mechanisms. However, small molecules typically lack the spatiotemporal precision required in highly non-invasive, controlled settings. Here we present the development of a cell-permeable small-molecule DNA G-quadruplex (G4) binder, termed G4switch, that can be reversibly toggled on and off by visible light. We have biophysically characterized the light-mediated control of G4 binding in vitro, followed by cellular, genomic mapping of G4switch to G4 targets in chromatin to confirm G4-selective, light-dependent binding in a cellular context. By deploying G4switch in living cells, we show spatiotemporal control over the expression of a set of G4-containing genes and G4-associated cell proliferation. Our studies demonstrate a chemical tool and approach to interrogate the dynamics of key biological processes directly at the molecular level in cells.
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