2022年7月15日，浙江大學生命科學學院趙燁教授、華躍進教授聯合浙江大學醫學院郭江濤教授團隊在CellPress旗下的Structure雜志發表了題為“Mechanisms of helicase activated DNA end resection in bacteria”的研究成果。該論文使用冷凍電鏡首次解析了細菌中的損傷DNA末端降解復合體HerA-NurA完整八聚體復合物的結構，并結合生化實驗發現NurA延伸到中央孔徑的N端區域（ENR）調節了HerA-NurA的解旋酶和核酸酶活性，揭示了細菌中有別于古菌的DNA末端切除機制。
內源性和外源性的脅迫會造成各種類型的DNA損傷，其中DNA雙鏈斷裂（DSB）被認為是最為嚴重的一種DNA損傷類型，如不能及時修復將極大的影響基因組的穩定性，導致早衰，惡性腫瘤等重大疾病的發生。同源重組修復途徑是DSB修復的重要方式之一，其首先依賴于對損傷DNA的末端降解步驟（end resection），即在解旋酶和核酸酶的協同作用下切割產生突出的單鏈DNA，其被用于同源修復模板的搜索，并在鏈侵入和鏈交換后由一系列的蛋白質完成后續的修復過程。耐輻射球菌（Deinococcus radiodurans）是一類耐受強烈電離輻射、化學誘變劑等壓力脅迫的極端微生物，具有強大的DNA損傷修復能力以及較好的應用潛力，是目前研究DNA損傷修復的模式生物之一。
圖：耐輻射球菌HerA-NurA完整八聚體結構示意圖
在古菌的損傷DNA末端切除過程中，核酸酶NurA和雙向解旋酶HerA能夠與Mre11-Rad50復合體共同工作。然而HerA-NurA協同工作，特別細菌中該套系統的作用機制仍不清楚。本研究通過單顆粒冷凍電鏡技術得到了HerA-NurA八聚體復合物的完整結構：底部的HerA具有直徑約為25 ?的中央孔徑，可容納雙鏈DNA的進入。頂部的核酸酶NurA則所具有獨特的延伸N端區域（the Extended N-terminal Region，ENR），其參與了復合體的組裝過程并將DNA的出口切分為兩個對稱的部分。進一步的通過生化實驗，研究結果表明該區域參與了HerA-NurA復合物的解旋酶和核酸酶活性的調控。這些研究結果為細菌中的損傷DNA末端降解過程提供了結構基礎，也為解旋酶和核酸酶的相互作用/激活機制提供了一種新的模式。
浙江大學生命科學學院博士生徐穎和浙江大學醫學院博士后徐令怡為本研究論文的共同第一作者。該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金資助、浙江大學癌癥研究院以及浙江大學冷凍電鏡中心張興教授的幫助。
扫码下载分析测试百科网APP
