Science：DNA 復(fù)制體結(jié)構(gòu)和工作原理首次被揭示

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來(lái)源：生物360

2019-01-30

DNA 復(fù)制分子機(jī)制的研究一直是生命科學(xué)中最基本的問(wèn)題之一。近日，美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院杰出研究員楊薇課題組揭示了 DNA 復(fù)制體的結(jié)構(gòu)和工作原理，相關(guān)成果發(fā)表在《科學(xué)》上。

DNA 的復(fù)制由多個(gè)蛋白組成的復(fù)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(rèn) DNA 是遺傳物質(zhì)，并且解析出了 DNA 的雙螺旋結(jié)構(gòu)。然而直到今天，復(fù)制體如何在 DNA 上組裝并協(xié)同完成復(fù)制，依然沒(méi)有明確的答案。

研究人員利用冷凍電鏡技術(shù)，研究了模式生物 T7 噬菌體的 DNA 復(fù)制機(jī)制，并獲得了第一個(gè)復(fù)制體復(fù)制 DNA 的三維結(jié)構(gòu)。

在 DNA 復(fù)制過(guò)程中，雙鏈 DNA 被解旋成前導(dǎo)鏈和滯后鏈，分別作為復(fù)制模板，前導(dǎo)鏈和滯后鏈則共同形成一個(gè)被稱(chēng)作 “復(fù)制叉” 的結(jié)構(gòu)。

研究者發(fā)現(xiàn)，DNA 聚合酶、螺旋酶和引發(fā)酶緊密結(jié)合在 “T 形” 的復(fù)制叉周?chē)?，形成一個(gè)多層緊密分子結(jié)構(gòu)。前導(dǎo)鏈和滯后鏈分別被 DNA 聚合酶和 DNA 螺旋酶捕獲，兩個(gè)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(dǎo)鏈直接被 DNA 聚合酶復(fù)制，而滯后鏈穿過(guò)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(fù)制模板被復(fù)制。

研究人員捕捉到復(fù)制體尤其是螺旋酶在復(fù)制過(guò)程中的多個(gè)分子構(gòu)象，揭示了 DNA 復(fù)制的動(dòng)態(tài)過(guò)程。這項(xiàng)研究是科學(xué)家第一次看到真正的復(fù)制叉。

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