Nature新文章：DNA复制起始的“许可证”

来自约翰霍普金斯大学的科学家们构建出了起始识别复合物( Origin Recognition complex,) 的三维模型。ORC可以识别和结合特定DNA位点，启动整个复制过程。就像绘制出犯罪嫌疑人的图像一样，这一复杂的ORC模型帮助确立了这一至关重要的“目的蛋白”活性“情况”。

　　

生物通报道  来自约翰霍普金斯大学的科学家们构建出了起始识别复合物( Origin Recognition complex,) 的三维模型。ORC识别和结合特定DNA位点，启动整个复制过程（延伸阅读：华人学者解析DNA解旋机制的起源 ）。就像绘制出犯罪嫌疑人的图像一样，这一复杂的ORC模型帮助确立了这一至关重要的“目的蛋白”活性“情况”。新信息还揭开了另一个谜题：ORC的结果表明它并不总是像以前认为的那样处于“开启”（on）状态，并且没有人知道它是如何开启和关闭的。

这项研究发表在3月11日的《自然》（Nature）杂志上。

生物物理学和生物物理化学教授James Berger博士说：“尽管ORC蛋白机器对于生命至关重要，但我们对于它的运作机制却知之甚少。通过了解它的样子，以至每个原子的排列，我们认识了它与DNA互作的位置以及它是如何工作的。”

多细胞生物在细胞分裂之时进行生长。而在细胞分裂之前，它必须为新细胞生成组成元件副本。由于DNA信息被密封在DNA双链内部，访问和复制信息之前一种叫做复制体（replisome）的专门的机器必须要解开DNA链。

一个叫做MCM的马达是复制体的关键组成部分，它负责解开配对的DNA链。MCM是一个闭合的蛋白质环，在它环绕DNA长链之前必须首先要打开它。ORC负责解决这一问题。它可以打开MCM环，让其能够环绕并解开DNA。

过去已经知道ORC是一个6亚基蛋白质复合体，其中有5个亚基形成了一个微微张开的环，第六个亚基Orc6形成了一条尾巴。Orc6错误可引起一些装配问题，影响整个机器的功能，导致一种叫做Meier-Gorlin综合征的侏儒症。为了更多地了解这一复合物运作的机制，Berger实验室的博士后研究人员Franziska Bleichert从果蝇细胞中提取了这一蛋白，并通过诱导它变成微小的晶体来固定住它。她随后利用高度会聚的光束向晶体照射高能X射线分析了它的结构。生成的数据使得她以十亿分之一英寸的尺度逐个原子构建出了这一蛋白质的精确形状。

她的模型揭示出了Orc6连接ORC环的确切位置，并解释了蛋白质中的一些错误造成严重破坏的机制，不过功能失调的ORC引起侏儒症的原因仍然是一个谜。

这一三维模型还揭示出了一种意外的调控机制。过去人们认为ORC总是“开启”，但在它发挥作用的细胞核中却并非一直是这种状态。这一模型显示它可以一种失活状态存在，由此提出了一个问题：它是如何开启和关闭的？

Berger说：“事后看来，对ORC存在另一个层面的调控并不奇怪。例如，只要卵细胞一受精，它就必须立即行动通过多轮的细胞分裂来构建出胚胎，这首先要求进行DNA复制。这种失活的状态使得卵细胞能够将ORC储存在细胞内当需要之时就可以用到它。”他的研究小组打算很快验证这一观点。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Crystal structure of the eukaryotic origin recognition complex

Initiation of cellular DNA replication is tightly controlled to sustain genomic integrity. In eukaryotes, the heterohexameric origin recognition complex (ORC) is essential for coordinating replication onset. Here we describe the crystal structure of Drosophila ORC at 3.5 Å resolution, showing that the 270 kilodalton initiator core complex comprises a two-layered notched ring in which a collar of winged-helix domains from the Orc1–5 subunits sits atop a layer of AAA+ (ATPases associated with a variety of cellular activities) folds. Although canonical inter-AAA+ domain interactions exist between four of the six ORC subunits, unanticipated features are also evident. These include highly interdigitated domain-swapping interactions between the winged-helix folds and AAA+ modules of neighbouring protomers……