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生態(tài)中心在DNA損傷修復(fù)研究方面取得進(jìn)展

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生態(tài)中心在DNA損傷修復(fù)研究方面取得進(jìn)展

摘要: 　　環(huán)境污染等多種外源和內(nèi)源因素可引起遺傳信息載體DNA雙鏈的斷裂，而斷裂的DNA雙鏈可局部轉(zhuǎn)化為單鏈DNA。RecA/Rad51家族蛋白可在單鏈DNA局部組裝形成核蛋白絲，并通過快速、準(zhǔn)確識別同源雙鏈DNA（dsDNA）模板介導(dǎo) ...

　　環(huán)境污染等多種外源和內(nèi)源因素可引起遺傳信息載體DNA雙鏈的斷裂，而斷裂的DNA雙鏈可局部轉(zhuǎn)化為單鏈DNA。RecA/Rad51家族蛋白可在單鏈DNA局部組裝形成核蛋白絲，并通過快速、準(zhǔn)確識別同源雙鏈DNA（dsDNA）模板介導(dǎo)鏈交換過程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對DNA雙鏈斷裂的同源重組修復(fù)。但是，長期困擾人們的是：1）已知的拉伸、欠旋的核蛋白絲結(jié)構(gòu)由于其固有的剛性，如何能滿足在大量非同源DNA并存且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的基因組中快速尋找到僅有1-2拷貝的同源DNA序列？2）這種結(jié)構(gòu)主要是通過消除和抑制ATP水解而獲得，但是在生理?xiàng)l件下核蛋白絲中的RecA可催化水解ATP，并導(dǎo)致一定的RecA解離。因此，在生理?xiàng)l件下又如何能保證核蛋白絲結(jié)構(gòu)的完整性？

　　中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境學(xué)習(xí)中心環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室汪海林學(xué)習(xí)組利用研制的毛細(xì)管電泳-激光誘導(dǎo)熒光偏振裝置，發(fā)展了學(xué)習(xí)RecA在ssDNA上動態(tài)組裝的分析新方法，可以快速捕獲并分離溶液中形成的各種RecA核蛋白絲組裝體。另外，通過獨(dú)特的設(shè)計(jì)可防止RecA的解離，因此可在快速分離過程中有效保存已被捕獲的RecA核蛋白絲。通過其電泳遷移行為的差異，可以準(zhǔn)確測量其結(jié)合計(jì)量學(xué)。
　　利用這種新分析方法，他們發(fā)現(xiàn)，在生理?xiàng)l件下，RecA在ssDNA上組裝主要形成低密度、不飽和的核蛋白絲組裝體，其中超過一半的DNA并未結(jié)合RecA蛋白，即裸露的。在線熒光偏振分析、電鏡成像分析、酶切保護(hù)性分析等一致證明了這一結(jié)果。體外鏈交換反應(yīng)實(shí)驗(yàn)表明，低密度、不飽和的核蛋白絲是介導(dǎo)鏈交換反應(yīng)的關(guān)鍵組裝體；相應(yīng)地，多個ATP水解活性缺失的RecA突變體僅形成高密度核蛋白絲（缺少裸露的DNA局部）并不能介導(dǎo)鏈交換反應(yīng)。為了考察這一機(jī)制是否存在于活體內(nèi)，他們利用綠色熒光蛋白基因和一種稀有的DNA內(nèi)切酶基因，設(shè)計(jì)了一套精密的活體同源重組修復(fù)報告體系。利用這套活體報告體系，他們發(fā)現(xiàn)RecAP67D和P67E體外僅形成低密度、不飽和的核蛋白絲組裝體，在活體內(nèi)可有效地介導(dǎo)同源重組修復(fù)。相反地，RecA P67R、P67K和P67Y擁有ATP水解酶活性，但不能形成低密度核蛋白絲組裝體，難以介導(dǎo)活體同源重組修復(fù)。
　　該組通過一系列體外和活體實(shí)驗(yàn)，證明了介導(dǎo)同源重組修復(fù)的核蛋白絲的基本結(jié)構(gòu)是由RecA蛋白通過ATP水解有限組裝到單鏈DNA上形成的不飽和核蛋白絲組裝體。這一發(fā)現(xiàn)是對傳統(tǒng)同源重組修復(fù)的關(guān)鍵核蛋白絲組裝體基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)認(rèn)識的一個重要改變，為深入理解同源重組修復(fù)機(jī)制提供理論依據(jù)。
　　學(xué)習(xí)成果在線發(fā)表于細(xì)胞發(fā)現(xiàn)（ATPase activity tightly regulates RecAnucleofilaments to promote homologous recombination， Cell Discovery，doi:10.1038/celldisc.2016.53）。該學(xué)習(xí)得到了中科院先導(dǎo)專項(xiàng)B、國家自然科學(xué)基金委的資助。
　　論文鏈接

　　RecA利用其本身ATP酶水解活性緊密調(diào)控RecA在ssDNA上的組裝，進(jìn)而形成多種組裝體結(jié)構(gòu)，包括飽和、高密度核蛋白絲、中密度和低密度的不飽和核蛋白絲
　　來源:生態(tài)環(huán)境學(xué)習(xí)中心　　編輯:葉瑞優(yōu)生態(tài)中心在DNA損傷修復(fù)研究方面取得進(jìn)展  |  責(zé)任編輯：蟲子
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