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DNA同源重組的新發現

日期:2016-12-14 09:09:03

 今年4月,清華大學博士生導師王宏偉教授接替施一公教授,成為生命科學學院院長(施一公不再擔任清華大學生科院院長)。王教授主要從事冷凍電子顯微學研究,利用這一技術分析生物大分子復合體的結構與分子機理。1212日,其研究組在Nature Structural & Molecular Biology雜志上公布了最新研究成果:獲得了人RAD51-DNA復合物的近原子分辨率結構,這對于解析DNA同源重組過程中的分子機制具有重要意義。

 

在真核細胞中,非同源末端連接(NHEJ)和同源重組(HR)是介導DSB修復的兩個重要信號通路。其中HR利用了姐妹染色單體中的同源序列作為模板來引導修復合成及恢復染色體完整性,是一種無錯誤的DSB修復機制。

 

研究顯示,真核生物中同源重組的一個關鍵步驟在于一種稱為Rad51重組酶,這種蛋白發揮著鏈轉移或鏈交換活性,啟動DNA同源配對的作用,即在單鏈DNAssDNA)上組裝,生成螺旋纖維搜索同源雙鏈DNAdsDNA),從而在最初的單鏈DNA與互補鏈之間形成新的配對堿基。關于這個過程,還存在許多未解之謎。

 

在這篇文章中,研究人員利用冷凍電鏡cryo-EM技術獲取了突觸前和突觸后人RAD51-DNA復合物的近原子分辨率結構,這對于解析DNA同源重組過程中的分子機制具有重要意義。

 

從這一結構中,研究人員發現了人RAD51-DNA復合物與相應原核生物復合物的相同與不同的結構特征,其中特別值得注意的是這一研究也捕獲了突觸復合物結構,從而為了解同源搜索,DNA鏈交換過程提出了新的見解。

 

冷凍電鏡技術對于結構生物學的發展具有重要意義,1995年,Richard Henderson曾作過一個大膽的預測:在理想條件下,用冷凍電鏡cryo-EM檢測蛋白結構,應該可以達到3 Å的分辨率。其后這個預言很快就實現了。2013年發表的兩項冷凍電鏡研究就采用了新型檢測設備,將cryo-EM的分辨率推向極限。在此之后這一技術領域的不少成果不斷涌現。

 

今年7月,王宏偉教授課題組還利用這一技術析了酵母Exo-Ski7RNA-freeRNA-bound兩種構象的4.2埃和5.8埃的三維結構,并通過觀察一系列RNA結合狀態的Exosome復合體的結構差異揭示了RNA底物介導的Exosome復合物構象轉化過程中發揮關鍵作用的結構元件。

 

研究人員結合生化數據,揭示Ski7Rrp6與十亞基Exosome復合物結合的競爭性關系,提出Exosome復合物在不同亞細胞結構選擇不同RNA底物進行降解的可能機制。

 


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