G-四链体结构是由富含鸟嘌呤核苷酸（G）的核酸链在金属阳离子溶液中形成的一种核酸高级结构。它已被证明广泛地分布于基因的启动子区以及端粒区,并参与调控DNA复制、RNA转录、蛋白质翻译以及端粒延伸等诸多生物学过程。据报道,G-四链体具有优先形成于更靠近端粒3’-最末端的天然属性,并且其结构一旦形成便可抑制端粒酶对端粒的延伸。鉴于肿瘤细胞得以无限增殖的一个很重要原因就是其端粒酶被特异性高度活化,因此通过调控端粒G-四链体结构的形成已成为肿瘤治疗的关键手段之一。目前,针对端粒3’-末端G-四链体结构作为抗癌靶点的药物设计已经成为热门的精准靶向治疗方案。人源端粒DNA的3’-末端悬突单链是由序列单元5’-TTAGGG-3’经多次重复而构成。研究表明,此悬突单链3’-最末端结尾处的残基组成并非恒定不变,而是存在着不同的残基组成,这将导致其3’-最末端出现几种非鸟嘌呤结尾的侧翼碱基。此前,非鸟嘌呤侧翼碱基由于未直接参与构建G-四链体的核心结构部分而经常被忽视。然而我们发现,即使侧翼碱基出现微小的变更也会最终导致G-四链体结构发生显著改变。在本文中,我们主要通过液体NMR技术深入研究了 3’-最末端侧翼碱基在发生变更后是如何影响由人类端粒三个重复单元片段与单重复单元片段之间组装而成的异分子间G-四链体拓扑结构以及形成过程。结果发现:含有人类端粒三个重复单元的长链靶标序列GGGTTAGGGTTAGGG（htel3ΔT）与单重复单元的短链探针序列TAGGGT（P1）在钠离子溶液中能够组装成动力学有利的分子间LLP型G-四链体（left loop progression,连接环为左走向）,以及热力学有利的分子间RLP型G-四链体（right loop progression,连接环为右走向）。作为对比,先前报道的另一个靶序列链GGGTTAGGGTTAGGGT（htel3）比本文中所研究的htel3ΔT靶序列链只是在3’-最末端增添了单个的侧翼碱基T。然而,仅此单个碱基T的微小差异却造成了htel3靶序列链与相同的短链探针P1结合时,只形成单一的LLP型G-四链体。从结构上分析,LLP型与RLP型G-四链体都具有相同的（3+1）杂合G-柱取向、相同的两个TTA边沿型连接环、相同的沟槽大小组成以及三层G-四分体平面,并且每层G-四分体都具有相同的碱基排布。但是,它们的氢键方向与连接环走向却正好相反。从而使得LLP型与RLP型这两种G-四链体在整体拓扑结构上互为假镜面对称伙伴关系。此外我们还发现,LLP型与RLP型G-四链体拓扑结构形成的相对摩尔比例也会明显受到短链探针P1两端侧翼碱基组成的调控。尽管呈假镜面对称的LLP型与RLP型G-四链体在空间结构上的差异非常小,但是我们还是找到了能够区分以上两种G-四链体的荧光有机小分子“硫黄素T”。我们发现处于低当量的硫黄素T可以优先识别RLP型G-四链体结构并通过芳香环平面堆叠的方式与之结合,这对于理解端粒G-四链体构型的调控以及其靶向药物的设计等领域都具有重要意义。此外,在本工作中使用富G短链探针通过形成异分子间G-四链体来识别长链靶标DNA的方法,可作为传统上以核酸互补链作为探针的替代方案,为新型核酸探针的设计开辟了新思路。另外,我们还首次通过酶促合成方法对DNA链中的任意残基实现了序列位置特异性的13C,15N-同位素标记,不仅解决了传统化学固相合成方法中3’-最末端残基无法标记的问题,并且还显著地降低了样品的制备成本,使其大规模应用于核酸的NMR研究成为可能。