解析DNA復制體的結構和工作原理

DNA是生命遺傳信息的載體，它的復制是生命繁衍過程當中最重要的一步。關于DNA復制分子機制的研究一直是生命科學中最基本的問題之一。近日，美國國立衛(wèi)生研究院杰出研究員楊薇的課題組揭示了DNA復制體的結構和工作原理，相關成果發(fā)表在《科學》上。

DNA的復制由多個蛋白組成的復制體協(xié)同完成，這些蛋白包括DNA聚合酶、DNA螺旋酶、引發(fā)酶和若干輔助蛋白。早在60年前，人們就已經(jīng)確認DNA是遺傳物質，并且解析出了DNA的雙螺旋結構。然而直到今天，復制體如何在DNA上組裝并協(xié)同完成DNA復制這個問題，依然沒有明確的答案。

研究人員利用冷凍電鏡技術，研究了模式生物T7噬菌體的DNA復制機制，并獲得了第一個復制體復制DNA的三維結構。

人們已經(jīng)知道，在DNA復制過程中，雙鏈DNA被解旋成前導鏈和滯后鏈，分別作為復制模板，而前導鏈和滯后鏈則共同形成一個被稱作“復制叉”的結構。

研究者發(fā)現(xiàn)在復制體結構中，DNA聚合酶、螺旋酶和引發(fā)酶緊密地結合在“T形”的復制叉周圍，形成一個多層緊密分子結構。前導鏈和滯后鏈分別被DNA聚合酶和DNA螺旋酶捕獲，兩個酶向相反的方向拉伸母鏈DNA，協(xié)同完成母鏈DNA的解旋。先導鏈直接被DNA聚合酶復制，而滯后鏈穿過螺旋酶后，先后被滯后鏈上的引發(fā)酶和DNA聚合酶捕獲，作為復制模板被復制。

他們甚至捕捉到了復制體尤其是螺旋酶在復制過程中的多個分子構象，揭示了DNA復制的動態(tài)過程。

“這么多年來，教科書上的‘Y形復制叉’都來自人們的假設。而這項研究，是人類第一次看到真正的復制叉。有趣的是，它不是‘Y形’的，而是‘T形’的——下游DNA是‘T字’的主干，頂上的兩個分支是兩條分開了的前導鏈和滯后鏈?！?/p>

“我們觀察到的復制體動態(tài)過程，在細菌和真核生物中均保守存在。也就是說，復制體不僅參與了DNA復制過程，還能檢測DNA損傷和協(xié)同應激反應?！闭撐牡谝蛔髡撸壳霸谡n題組里作博士后的高陽說，“這樣一個詳盡的DNA復制體結構，能很好地揭示許多之前已經(jīng)發(fā)表的成果，并為人們理解DNA復制、重組和修復等過程之間的協(xié)調提供了基礎?！?/p>