三核苷酸分布、对称性元素与G4基序镜像对称指数的构建

核酸中的对称性元件与生物学功能位点具有最强相关性；然而，其与非经典结构之间的关联仍缺乏充分探索。在本研究中，我们证明了G-四链体（G4）基序中三核苷酸对称性元件的存在及其重要性。我们的核心假设是：三核苷酸的链内镜像对称性在进化过程中受到选择，以促进G4形成；这一假设建立在G-四链体已确立的序列—结构关联以及支配基因组进化过程中核苷酸插入的天然对称性规律之上。以MTOR基因第一外显子中的一个保守G4基序为模型，我们显示该基序在灵长类及更广泛的哺乳动物中表现出显著的三核苷酸对称性保守性，并且功能性G4区域相对于具有密码子偏倚的外显子背景呈现局部升高的对称性。对经实验验证的致癌性G4（包括c-MYC、BCL2、VEGF和KRAS）的分析表明，镜像对称性和反向互补对称性在生物学上重要的G4周围呈现汇聚。为量化这一特征，我们构建了两个互补描述符：镜像对称性指数（MSI）及其非回文变体（nMSI）。在14个癌基因启动子野生型G4中，大多数的MSI评分均达到或超过0.80（均值为0.884），仅富含环区的ATG7、BCR和MDM2基序低于该值，而KRAS启动子G4相对于其保持单核苷酸组成不变的零分布达到单独显著性（p = 0.042）。更具决定性的是，在14组配对比较中的12组中，每个野生型G4的MSI评分均高于其实验确认的G4功能缺失突变体（符号检验，p = 0.0065；平均ΔMSI = +0.089，平均ΔnMSI = +0.192）；其中两例反转（BCL2和HIF-1）可归因于打乱序列的突变体对照引入了更为均衡的三核苷酸组成，而非该指数本身失效。这一方向性趋势在三个独立发表的数据集中得到重复验证，其中nMSI ≥ 0.50可将G4形成序列与非G4序列区分开来，灵敏度为77.8%，特异度为100%；尽管如此，基于保持单核苷酸组成不变的随机重排所得逐序列总体信号仍仅表现为未达显著的趋势（Stouffer合并Z = 1.197，p = 0.116）。这项关于G4基序中三核苷酸对称性的首次报告提出，协调性的核苷酸插入与四联体维持共同构成一种进化驱动机制，使单链在折叠为G4之前即被预先组织化。

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三核苷酸分布、对称性元素及G4基序镜像对称指数的构建

Arjun Arya， 查看 ORCID 个人资料 Bhaskar Datta

doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.05.736592

Arjun Arya 印度理工学院甘地讷格尔分校 在 Google Scholar 上查找该作者 在 PubMed 上查找该作者 在本站搜索该作者

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核酸中的对称性元素与生物功能位点具有最强的相关性；然而，其与非经典结构之间的关联仍缺乏充分研究。在本研究中，我们展示了G-四链体（G4）基序中三核苷酸对称性元素的存在及其重要性。我们的核心假说是：三核苷酸的链内镜像对称性在进化过程中被选择出来以促进G4形成。这一假说建立在G-四链体已知的序列—结构关联以及基因组进化过程中支配核苷酸插入的天然对称律之上。以MTOR基因第一外显子中的一个保守G4基序为模型，我们显示出在灵长类以及更广泛哺乳动物中，三核苷酸对称性得到了显著保留；并且，与受密码子偏倚影响的外显子背景相比，功能性G4区域表现出局部升高的对称性。对经实验验证的致癌相关G4进行分析，包括c-MYC、BCL2、VEGF和KRAS，结果显示镜像对称性与反向互补对称性在生物学上重要的G4周围呈现汇聚。为量化这一特征，我们构建了两个互补的描述符：镜像对称指数（MSI）及其非回文变体（nMSI）。在14个癌基因启动子野生型G4中，大多数的MSI评分≥0.80（平均值为0.884），仅有富含环区的ATG7、BCR和MDM2基序低于该值，而KRAS启动子G4相对于其保持单核苷酸组成不变的零分布达到个体显著性（p = 0.042）。更具决定性的是，在14组配对比较中的12组中，每个野生型G4的MSI评分均高于其实验确认已失去G4形成能力的突变体（符号检验，p = 0.0065；平均ΔMSI = +0.089，平均ΔnMSI = +0.192）；其余两组逆转结果（BCL2和HIF-1α）可归因于打乱序列的突变体对照引入了更均衡的三核苷酸组成，而非该指数本身失效。该方向性趋势在三个独立发表的数据集中得到了重复，其中nMSI ≥ 0.50以77.8%的敏感性和100%的特异性区分了可形成G4与不可形成G4的序列，尽管来自保持单核苷酸组成不变的随机打乱序列的整体逐序列信号仍仅表现为不显著趋势（Stouffer合并Z = 1.197，p = 0.116）。这是首个关于G4基序中三核苷酸对称性的报道，提出协同的核苷酸插入与四联体维持可作为一种进化驱动力，预先组织单链以利于G4折叠。

利益冲突声明

已声明资助信息

古吉拉特邦生物技术任务计划 GSBTM/JD(R&D)/626/22-23/00006262

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本预印本的。 本文以CC-BY-NC-ND 4.0国际许可协议提供。

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发布于 2026年7月5日。

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Arjun Arya， Bhaskar Datta bioRxiv 2026.07.05.736592； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.05.736592

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Arjun Arya， Bhaskar Datta bioRxiv 2026.07.05.736592； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.05.736592

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.05.736592v1?rss=1

🏷️ G-四链体 三核苷酸对称性 镜像对称性指数 基序分析 癌基因启动子