清晰显示：连接酶修复双螺旋过程（图）

生物通报道：致力于研究一种重要的DNA修复酶的研究小组，日前获得DNA链末端连接，恢复双螺旋过程最后一步的清晰图像,结果刊登于10月20日《Molecular Cell》。

　　

生物通报道：致力于研究一种重要的DNA修复酶的研究小组，日前获得DNA链末端连接，恢复双螺旋过程最后一步的清晰图像。

DNA连接酶（DNA ligase）负责将正常细胞生命活动中产生的数百万DNA缺口，比如体细胞遗传物质复制过程中产生的大量DNA片段连接起来。

“我们发现，当DNA连接酶对DNA进行连接时，会从开启、伸展状态转换为封闭、环型状态，”研究初级作者Tom Ellenberger说（Ellenberger 为D.V.M博士、Raymond H. Wittcoff教授和华盛顿大学医学院生化和分子生物物理部负责人），“连接酶与手表差表盘轴心相似，将正在连接的DNA末端封闭起来。”

环境毒素和有副作用的细胞代谢物连续进攻会引发DNA发生强烈的反应，一种修复DNA损伤的机制对于维持遗传图谱的完整性就显得异常重要。当这些修复过程出现偏差，细胞就会发生故障，或者死亡或者发展成为癌细胞，因此研究人员希望弄清DNA修复机制的确切机理，DNA连接酶成为癌症等疾病化学疗法的一个极有诱惑力的靶标。

图中展示的是环绕双链DNA的DNA连接酶（彩色部分）

DNA连接酶需要在另一种所谓滑动钳(Sliding clamp)的环状蛋白帮助下完成工作。滑动钳，如人类PCNA蛋白，是DNA修复的总调度师，为募集修复酶到损伤部位提供停靠位点。“当连接酶向PCNA停靠、环绕DNA时，我们推测这些相互作用会赶出PCNA上的其它修复蛋白，” Ellenberger说，“这样，连接酶如同DNA修复的仲裁 ，确保DNA已经为末端连接的最后一步做好了准备。”

Ellenberger研究小组和来自马里兰大学医学院Scripps Research Institute (TSRI)、劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL)的研究人员将DNA连接酶研究结果刊登于10月20日《Molecular Cell》。

Ellenberger研究小组与LBNL研究人员合作，利用X-rays和伯克利实验室Advanced Light Source的SIBYLS synchrotron beamline，对DNA连接酶、PCNA以及二者相互结合后的复杂动力学结构进行成像分析。研究人员将X-rays结晶与小角度X-rays散射（small angle X-ray scattering ，SAXS）结合起来，利用一种叫做Sulfolobus solfataricus的有机体进行实验。Sulfolobus solfataricus有许多与包括人类再内的多细胞有机体相同的生化特征。

“我们推测当DNA连接酶遇到环状PCNA蛋白后会关闭，” Ellenberger说，“然而SAXS实验显示，连接酶仍保留开启形式，使得其它修复蛋白与PCNA结合，直到DNA修复过程启动后，连接酶才会‘嘭’的一声关闭。”

合作者John Tainer博士认为，结果首次对复制和修复过程中，修复蛋白动力组装、改变形状与 DNA链末端结合的具体过程做了说明。

闭合状态的DNA连接酶与DNA结合，在Ellenberger小组以前的一份报道中曾有过描述。Ellenberger说将下一步要做的工作是在同一个实验中对连接酶、PCNA和DNA的运动进行观察，用新的分析方法对 SAXS数据。“SAXS方法为难结晶的大分子和蛋白复合体的成像提供了强有力技术，” Ellenberger说，从分子水平到整个个体等不同程度对复杂过程成像还需要更多的技术。”

注：生物学成像研究是华盛顿大学BioMed21 initiative的一部分。（生物通记者 子元）