近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所分子模擬與設(shè)計(jì)研究組研究員李國(guó)輝團(tuán)隊(duì)與清華大學(xué)教授王宏偉團(tuán)隊(duì)、教授陳春來(lái)團(tuán)隊(duì)合作，在揭示基因重組過(guò)程中關(guān)鍵酶錯(cuò)配容忍度差異機(jī)制研究中取得新進(jìn)展。
同源重組是主要的DNA雙鏈斷裂修復(fù)機(jī)制，在真核細(xì)胞中主要的重組酶為Rad51和Dmc1。Rad51和Dmc1的序列雖然高度保守，但也存在差異，Rad51主要負(fù)責(zé)有絲分裂期間體細(xì)胞中的DNA修復(fù)，而Dmc1僅在生殖細(xì)胞減數(shù)分裂時(shí)起作用。這種差異可能是由它們?cè)谕粗亟M時(shí)錯(cuò)配容忍度決定的，Rad51在同源重組時(shí)不允許存在錯(cuò)配，而Dmc1的錯(cuò)配容忍度較高。
為了闡明上述錯(cuò)配容忍度差異的分子機(jī)理，王宏偉團(tuán)隊(duì)通過(guò)冷凍電鏡技術(shù)，解析了處于不同狀態(tài)下人源Rad51和酵母Dmc1與DNA的復(fù)合體結(jié)構(gòu)?；谏鲜鼋Y(jié)構(gòu)信息，李國(guó)輝團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了系統(tǒng)的分子動(dòng)力學(xué)模擬，發(fā)現(xiàn)RAD51的Loop2區(qū)域中Val273和Asp274對(duì)應(yīng)于DMC1的Pro274和Gly275在同源重組過(guò)程中具有關(guān)鍵作用；RAD51的Loop2上Asp274與Arg235有穩(wěn)定的相互作用，并且當(dāng)Asp274突變?yōu)镈mc1中對(duì)應(yīng)的Gly后，Arg235的構(gòu)象發(fā)現(xiàn)變化，降低了互補(bǔ)鏈DNA結(jié)合自由能，提高錯(cuò)配容忍度，這也就表明同源重組過(guò)程中RAD51的Loop2上的關(guān)鍵殘基通過(guò)與Loop1上殘基的相互作用，在鏈交換過(guò)程中行使錯(cuò)配的校對(duì)功能。后續(xù)單分子熒光共振能量轉(zhuǎn)移等實(shí)驗(yàn)也證實(shí)，Val273和Asp274對(duì)鏈交換效率和錯(cuò)配容忍度有一定影響。該工作揭示了基因重組過(guò)程中關(guān)鍵酶錯(cuò)配容忍度差異機(jī)制。
相關(guān)成果以“Mechanisms of Distinctive Mismatch Tolerance between Rad51 and Dmc1 in Homologous Recombination”為題，于近日發(fā)表在《核酸研究》（Nucleic Acids Research）上。該工作的共同第一作者是清華大學(xué)博士后徐靜斐、博士后趙玲云、博士生彭思佳、大連化物所副研究員楚慧郢。上述工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。
