新闻中心
nature子刊：科学家解开生命基本法则的“环”之谜
文章来源：生物探索
作者：转发
发布时间：2017-05-25 13:06
导读：美国文安德尔研究所等处的研究人员最近详细描述了dna复制中的关键第一步，文章的通讯作者之一，文安德尔研究所的表观遗传学中心教授李慧林博士说，“这是关于一个‘王者’环的故事。生物学家多年前就已经知道，orc和解旋酶是dna复制起始和复制进程中必不可少的环状结构，但到目前为止，我们从未了解orc环如何将解旋酶环装载到dna上的。”
中心法则是遗传信息从dna到dna的复制、继而从dna传递给rna的转录、再从rna传递给蛋白质的翻译过程的转移法则，是生物大分子dna、rna和蛋白质参与细胞生命活动所遵循的重要规律。其中dna复制就是这一法则的第一步，也是最重要的一步，虽然多年来科学家们解析了这一步骤的多个方面，但是关于复制起始复合体（orc）的环状蛋白质依然是个谜。
来自美国文安德尔研究所等处的研究人员最近详细描述了dna复制中的这个关键第一步，相关研究成果公布在2月13日的nature structural & molecular biology杂志上，文章的通讯作者之一，文安德尔研究所的表观遗传学中心教授李慧林（huilin li，音译）博士说，“这是关于一个‘王者’环的故事。生物学家多年前就已经知道，orc和解旋酶是dna复制起始和复制进程中必不可少的环状结构，但到目前为止，我们从未了解orc环如何将解旋酶环装载到dna上的。”
多细胞生物在细胞分裂之时进行生长，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）的专门机器必须要解开dna链。mcm马达是复制体的关键组成部分，它负责解开配对的dna链。而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就负责解决这一问题。它可以打开mcm环，让其能够环绕并解开dna。
这项最新研究揭示了orc的特殊α-螺旋能进入dna的一个凹槽中，启动dna复制的一系列级联微管相互作用。此外研究还发现orc在cdc6和cdt1的帮助下，通过翼状螺旋结构域的配对相互作用将解旋酶核心部分加载到dna上，这样就会形成14个组合蛋白结构，完成第一个解旋酶环的加载，然后准备加载下一个环。这整个过程代表了一个非常复杂且精细的系统开始运作，在人体许多细胞中dna上的数万个位点上不间断工作，它们都是从orc开始的。
此前的研究表明，orc是一个六亚基蛋白质复合体，其中有五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。最新研究显示，亚基组成的复合物形成月牙状，包裹住dna双链。然后orc会召集第七种蛋白，也就是cdc6，绕住dna。这个环与第二个环相连，微染色体维持蛋白（cdt1-bound mcm2-7 hexamer）围绕在dna周围，完成第一个mcm2-7六聚体的加载。
“这就像是把一条珍珠串在一根绳子上，不过dna链更长，因此珍珠不会到达末端。相反它们会沿着链以某种方式打开，之后再次关闭，”文章的另外一位通讯作者，伦敦帝国理工学院教授christian speck说。
这项研究是通过冷冻电子显微镜（cryo-em）完成，李教授表示，“我们希望通过描绘这一过程，能最终将这种知识转化为dna复制相关的治疗方法，用于包括癌症和罕见病在内的多种疾病的治疗”。