eLife:深入解析DNA聚合酶的全酶组装

【字体: 时间:2013年04月03日 来源:生物通

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  美国宾州州立大学的科学家们首次阐明了人类DNA复制过程中的关键一步,解析了其中的详细机制,文章发表在四月二日的eLife杂志上。eLife杂志由PNAS前主编Randy Schekman筹办,是一个顶级的开放性期刊。

  

生物通报道:美国宾州州立大学的科学家们首次阐明了人类DNA复制过程中的关键一步,解析了其中的详细机制,文章发表在四月二日的eLife杂志上。eLife杂志由PNAS前主编Randy Schekman筹办,是一个顶级的开放性期刊。

在人类及其他生物的DNA复制过程中,需要向DNA装载一个被称为滑钳(sliding clamp)的分子结构。不过,此前人们对DNA复制中的这一关键步骤还并不了解。宾州州立大学的博后Mark Hedglin解释道,滑钳是一个套在DNA链上的环形蛋白。这种蛋白负责锚定DNA聚合酶,以确保遗传物质的有效复制。“在没有滑钳的情况下,聚合酶一次只能复制少量碱基。而滑钳可以帮助聚合酶复制数以千计的碱基,直到聚合酶被移除,”Hedglin说。

滑钳是闭合环状结构,需要另一个蛋白来控制它的开合,该蛋白就是滑钳装载蛋白(clamp loader)。在滑钳装载蛋白的帮助下,滑钳在DNA复制时才能够正确装载和卸载。“人们一直不了解,滑钳和滑钳装载蛋白的相互作用机制,以及滑钳装载和卸载的时机,”Hedglin说。“聚合酶和滑钳装载蛋白无法同时结合滑钳,因此我们认为,应该是滑钳装载蛋白先装载滑钳,然后在DNA复制时解离。当聚合酶从DNA上离开后,滑钳装载蛋白会再回来卸载滑钳。”

为了检验这一理论,研究团队采用了荧光共振能量转移FRET技术,通过给人类蛋白和DNA片段添加荧光标签,来监控二者的相互作用。“通过这些标签,我们观察了全酶的形成过程。全酶包括酶本身和一些优化酶活性的辅助因子,在这里全酶是指DNA复制时的聚合酶活性形式,”Hedglin说。“研究显示,在没有聚合酶时,滑钳装载蛋白会快速将结合到DNA模板上的滑钳移除。而当聚合酶存在时,聚合酶会与滑钳结合,滑钳装载蛋白从DNA链上解离。”

研究人员还发现,当滑钳和滑钳装载蛋白都在DNA上时,二者之间并没有紧密结合。此时,滑钳装载蛋白将滑钳释放到DNA上,给聚合酶让出结合空间,以完成全酶组装。随后,滑钳装载蛋白就会解离下来。“研究显示,人体内的DNA聚合酶全酶只包括滑钳和聚合酶,不包括滑钳装载蛋白。在聚合酶结合滑钳之后,滑钳装载蛋白就会离开,”Hedglin补充道。

文章的资深作者Stephen J. Benkovic教授指出,通过上述机制,细胞可以对少量的滑钳蛋白进行循环使用。

 

(生物通编辑:叶予)

生物通推荐原文:

Stepwise assembly of the human replicative polymerase holoenzyme

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