基因组的完整性依赖于细菌中DNA聚合酶III（DNA Pol III）的快速循环利用

《Proceedings of the National Academy of Sciences》：Genome integrity relies on rapid recycling of DNA Pol III in bacteria

本研究揭示细菌DNA复制中，DNA聚合酶III通过快速与SSB蛋白结合实现高效招募，维持解旋酶与聚合酶的协同作用，避免单链DNA积累及基因组不稳定性。

　　

重要性

DNA复制会增加基因组中DNA损伤的概率。这是因为双链DNA分离成单链（这是DNA合成所必需的）会阻碍模板介导的DNA修复，并增加DNA断裂的可能性。负责DNA复制的多组分机器——复制体，通过将解旋酶的DNA解旋活动与DNA聚合酶的DNA合成过程结合起来，来限制单链DNA（ssDNA）的积累。然而，在细菌中，DNA聚合酶只是暂时性地与复制体结合。在这里，我们发现细菌复制体并不是通过稳定的蛋白质-蛋白质相互作用来实现这种活动耦合的，而是通过一种非常高效的机制将DNA聚合酶重新招募回复制体中。

摘要

DNA复制需要DNA解旋和DNA合成之间的精确协调。在所有生命形式中，复制体上的蛋白质-蛋白质相互作用维持了催化这两种活动的酶之间的接近性。令人惊讶的是，在细菌中，负责DNA合成的复制DNA聚合酶（Pol III）每隔几秒钟就会更换一次。在这种条件下，DNA合成是如何持续进行的，此前尚不清楚。在这里，我们利用活细胞中的单分子显微镜技术发现，Pol III在分离后几秒钟内就能迅速重新结合到复制体上。这种快速招募过程是由与单链DNA结合蛋白（SSB）的相互作用驱动的，该相互作用使Pol III的目标搜索效率提高了约20倍。破坏这一机制会改变复制体的化学计量比，导致单链DNA（ssDNA）积累，消耗游离的SSB，并引发解旋酶解体和DNA断裂，最终导致基因组不稳定。我们的发现揭示了一种通过快速聚合酶回收来维持连续DNA复制和基因组完整性的机制。