DNA損傷反應（DDR）對于維持基因組的完整性至關(guān)重要。當DNA損傷或復制應激發(fā)生時，一個檢查點信號通路會被自動激活，用于叫停細胞周期并立即啟動對DNA損傷的修復，或在無可挽回的情況下觸發(fā)細胞凋亡。最近，來自范安德爾研究所（VAI）和洛克菲勒大學的研究人員揭示了9-1-1檢查點鉗(9-1-1 checkpoint clamp)這一DNA修復過程中的關(guān)鍵因子是如何作用于DNA的損傷部位的。
這些成果于3月21日發(fā)表在了《自然-結(jié)構(gòu)與分子生物學》雜志上，論文題目是："DNA通過與PCNA鉗相反方向的 9-1-1 DNA檢查點鉗加載"。
doi.org/10.1038/s41594-022-00742-6
研究人員寫道：9-1-1 DNA檢查點鉗被加載到DNA的5′端上，在那里它激活了阻止細胞周期的DNA損傷檢查點。在增殖細胞核抗原（PCNA）中，加載工作通常由我們熟知的Rfc1-5完成，而9-1-1鉗是一個異源三聚體，在釀酒酵母中由Rad24-RFC（hRAD17-RFC）加載。問題就出在這里，我們不了解的Rad24取代了Rfc1的加載工作，這導致9-1-1鉗的加載機制一直是個謎，不同于Rfc1將PCNA加載到3′端的連接處，Rad24-RFC會將9-1-1三聚體加載到5′端的DNA連接處。為了弄清Rad24的加載機制，我們分別解析了Rad24-RFC-DNA的9-1-1鉗在完全封閉狀態(tài)和以27開啟狀態(tài)下的兩個冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。這項工作闡明了對“細胞如何將遺傳指令從一代細胞正確傳遞給下一代”這一話題的新見解。
研究人員解釋說："DNA損傷會產(chǎn)生嚴重后果，包括癌癥和其他疾病。正因為如此，我們的細胞設(shè)有一系列的檢查和平衡系統(tǒng)，以確保DNA的完整性。我們解析出的9-1-1 DNA檢查點鉗的高分辨率結(jié)構(gòu)使得我們能夠看清它是如何與將其加載到DNA鏈上的分子相互作用的，從而詳細了解DNA修復的基本過程。我們希望這些成果能夠被用于開發(fā)與DNA損傷有關(guān)的疾病的新治療策略。"
閉合狀態(tài)9-1-1鉗的傾斜、底部和側(cè)面視圖
突出顯示了三個重要回路的位置
9-1-1鉗在開口及閉合狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)
該結(jié)構(gòu)由范·安德爾研究所的冷凍電鏡（cryo-EM）解析。解析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，9-1-1 DNA鉗不是像所有其他已知的DNA鉗那樣從3'端加載到DNA上，而是從相反的一端加載到DNA上，即5'端。這一新穎和意外的發(fā)現(xiàn)解釋了為什么9-1-1可以精準定位DNA的受損位置。為該領(lǐng)域的進一步研究奠定了基礎(chǔ)。
轉(zhuǎn)載自Science Daily: "Cryo-EM reveals how '911' molecule helps fix damaged DNA"
---------------
于科研小組發(fā)布論文的同一天，另一篇記錄了斯隆·凱特琳研究所（SKI）的分子生物學家Dirk Remus和結(jié)構(gòu)生物學家Richard Hite的合作研究成果的文章“9-1-1 檢查點鉗具的加載和釋放機制”也發(fā)布在了《自然-結(jié)構(gòu)與分子生物學》雜志上。
doi.org/10.1101/2021.09.13.460164
他們的發(fā)現(xiàn)源于兩個具有互補專業(yè)知識的實驗室之間的合作。Remus博士的實驗室使用生化方法來研究DNA復制和修復的過程。他過去幾年研究的一個主要目標是在試管中重建DNA的整個復制和修復過程，并排除附近細胞的干擾。
通過長期的努力，Remus博士的實驗室已經(jīng)成功純化出了修復機制的幾個部分，包括9-1-1蛋白質(zhì)和促進9-1-1與DNA結(jié)合的蛋白質(zhì)。
Remus博士意識到，如果能夠以原子分辨率觀察這些復合物，它們之間的相互作用將能提供修復過程中每個步驟的圖像。就是在這個時候，他向他的同事Hite博士的實驗室尋求了幫助。Hite博士是一位結(jié)構(gòu)生物學家，擅長使用一種稱為冷凍電子顯微鏡（cryo-EM）的技術(shù)，該技術(shù)能夠以原子級的分辨率對蛋白質(zhì)及其內(nèi)部的氨基酸進行高分辨率的觀察。
Hite博士回憶道：“當Dirk來找我們時，我們意識到我們實驗室在過去幾年中開發(fā)的許多工具都非常適合解決他面臨的難題。通過冷凍電鏡，我們不僅能夠確定一種結(jié)構(gòu)，而且能夠確定一系列結(jié)構(gòu)。此外，借助新數(shù)據(jù)和以前的數(shù)據(jù)，我們能夠?qū)⑦@些結(jié)構(gòu)組合在一起成為模型，并提出關(guān)于該鉗具如何工作的建議?！?/p>
這場兩個實驗室聯(lián)合進行的結(jié)構(gòu)解析大獲成功，并給出了令人驚訝的結(jié)果：解析出的結(jié)構(gòu)模型與以前學界公認的結(jié)論相悖。
9-1-1鉗具的形狀像一個環(huán)。為了發(fā)揮其功能，它需要將斷裂的DNA包圍在雙鏈DNA片段與單鏈DNA片段的暴露端之間的連接處。因此，9-1-1鉗的環(huán)結(jié)構(gòu)必須打開，以允許單鏈DNA擺動到鉗的中心，然后環(huán)結(jié)構(gòu)重新閉合。這不是自發(fā)發(fā)生的，而是由另一種蛋白質(zhì)復合物，即鉗具加載復合物（clamp loader complex）促進的。
Remus博士補充說道："在此之前的所有研究中都認為，鉗具將以鎖緊墊圈的方式打開，基本上鉗具的兩個開口端將旋轉(zhuǎn)出平面以產(chǎn)生狹窄的間隙，但Rich觀察到的是，9-1-1鉗具的打開范圍比預期的要大得多，并且它完全在平面上打開，并沒有像鎖緊墊圈場景中那樣的扭曲?！?/p>
鎖緊墊圈（lock-washer）
鎖緊墊圈模型認為鉗具的兩個開口端將進行旋轉(zhuǎn)，以產(chǎn)生狹窄的間隙
科學家們指出，鎖緊墊圈模型(lock-washer model)已經(jīng)存在了二十年，并且一直是圍繞DNA加載鉗子的指導范式。但在這種情況下，這是錯誤的。
Gif1: Rad24-RFC上的9-1-1在開合狀態(tài)間切換
Gif2: 9-1-1的打開過程，全程保持在平面上
Gif3: Rad24-RFC在Rad24-RFC-9-1-1的ATP綁定狀態(tài)及Rad24-RFC的ADP綁定狀態(tài)間切換。
Remus博士還認為這項研究最終可能會帶來更好的抗癌藥物：許多現(xiàn)有的化療藥物通過干擾癌細胞的DNA復制及修復過程生效。由于癌細胞修復DNA損傷的能力已經(jīng)降低，添加破壞DNA的化療藥物會壓倒細胞修復DNA的能力，并導致它們死亡，例如PARP抑制劑。大膽猜想，也許發(fā)現(xiàn)9-1-1的工作原理能讓我們設(shè)計出更多對DNA復制及修復過程進行靶向干預的藥物。
轉(zhuǎn)載自News Medical: "Researchers offer a clear picture of how the 9-1-1 clamp is recruited to sites of DNA damage"
---------------
水木未來·視界丨iss. 11
評論列表
情感機構(gòu)有專業(yè)的老師指導，我就在老師的指導下走出了感情的誤區(qū)，真的很不錯！
老師，可以咨詢下嗎？