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申玉龍極端環境微生物課題組在超嗜熱古菌DNA修復研究方面取得新進展

 
        DNA重組修復是細胞內最重要的生命過程之一,主要包括錯配修復(Mismatch repair, MMR)、堿基切除修復 (Base excision repair, BER)、核酸切除修復 (Nucleotide excision repair, NER)和同源重組修復(Homologous recombinational repair, HRR)。目前,MMR、BER和NER相對比較清楚,來自美國、瑞典和土耳其的三位科學家(Paul Modrich,Tomas Lindahl和Aziz Sancar)因分別揭示了以上三種不同DNA修復機制而共享了2015年度的諾貝爾化學獎。HRR則相對更為復雜,其修復途徑及其調控機制都不十分清楚。然而,同源重組修復HRR與人類重大疾病包括癌癥的發生、診斷和治療密切相關,它也是研發分子生物技術如基因編輯的理論基礎之一。

     古菌DNA HRR系統和真核生物有共同的起源但是又有不同于真核生物和細菌的特點。山東大學微生物技術國家重點實驗室申玉龍課題組翟斌元博士生等利用遺傳、生化和質譜分析等方法,從超嗜熱泉古菌冰島硫化葉菌(Sulfolobus islandicus REY15A)中發現并鑒定了一種新型ATP酶/解旋酶, 命名為PINA(PIN domain-containing ATPase)。生化性質分析表明,PINA能夠結合復制叉和Holliday junction(HJ)等分支DNA,并且與HJ解離酶Hjc、RecQ類解旋酶Hjm和復制因子C小亞基(RFCs)等具有相互作用, 促進Hjc對HJ 的解離,改變其切割HJ方向的偏好性,同時抑制Hjm的解旋酶活性。課題組與美國加利福利亞大學Li Fan博士和微生物技術國家重點實驗室的谷立川教授合作,成功地解析了PINA蛋白的晶體結構。綜合體外生化性質分析、蛋白晶體結構分析和課題組前期結果及國際上的研究進展,提出了PINA、Hjm和Hjc三種蛋白協同作用,參與停滯復制叉修復和HRR途徑的作用機制和模型(圖一),為進一步研究古菌及真核生物的同源重組修復介導的停頓復制叉的修復開啟了一個新的窗口。

     相關關成果發表在Nucleic Acids Research (https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gky451/5017765?guestAccessKey=792f9606-01ba-48dc-a187-47211c5baddf)和Journal of Molecular Biology (PMC5565510)等期刊上。

     以上研究得到國家自然科學基金重點項目(30930002)和面上項目(31470184和31670061)的資助。(文/圖 作者:黃奇洪)



HjmPINAHjc協同作用加工停頓復制叉和Holliday junction的模型

 

 

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