低溫電子顯微鏡 (cryo-EM) 使研究人員能夠研究 DNA 復(fù)制機(jī)制如何在 DNA 受損部位組裝。
細(xì)胞 DNA 持續(xù)暴露于內(nèi)源性和外源性 DNA 損傷劑，例如活性氧和紫外線輻射。為了減少 DNA 損傷的生物學(xué)后果，所有生物體都進(jìn)化出了耐受和修復(fù) DNA 損傷的機(jī)制，以確保遺傳信息得到準(zhǔn)確遺傳。一種稱為跨損傷合成 (TLS) 的機(jī)制允許 DNA 復(fù)制通過(guò)未修復(fù)的 DNA 損傷進(jìn)行。
TLS 涉及高度準(zhǔn)確的 DNA 合成酶(復(fù)制性 DNA 聚合酶)，被專門(mén)的低保真 TLS 聚合酶暫時(shí)取代，這些酶可以以引入突變?yōu)榇鷥r(jià)確保細(xì)胞存活。TLS 聚合酶的誘變和轉(zhuǎn)移合成活性可導(dǎo)致正常細(xì)胞癌變或癌細(xì)胞產(chǎn)生耐藥性。
Y 家族 TLS 聚合酶 PolK能夠跨多個(gè)受損堿基進(jìn)行 DNA 合成，并通過(guò)增殖細(xì)胞核抗原 (PCNA) 被招募到 DNA 損傷處。以前的研究表明，PCNA 受泛素化調(diào)控。“在 PCNA 的賴氨酸殘基 164 (K164) 處添加單個(gè)泛素分子促進(jìn)了 TLS 聚合酶在損傷部位的募集和保留，但對(duì)這些聚合酶與泛素化 PCNA 之間相互作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知之甚少，”結(jié)構(gòu)生物學(xué)家說(shuō)來(lái)自 KAUST 的 Alfredo De Biasio。
自 2018 年以來(lái)，De Biasio 的團(tuán)隊(duì)一直與人類 DNA 復(fù)制單分子分析專家 Samir Hamdan 領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)室合作，他們一直在使用冷凍電鏡研究所涉及的關(guān)鍵蛋白質(zhì)復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)和功能。在 DNA 復(fù)制和修復(fù)中。
他們的最新研究描述了以接近原子的分辨率與 DNA、傳入核苷酸和未修飾的 PCNA 或單泛素化 PCNA 結(jié)合的全長(zhǎng)人類 PolK 的冷凍電鏡重建。他們發(fā)現(xiàn)，在沒(méi)有 DNA 的情況下，PolK與 PCNA 結(jié)合的結(jié)構(gòu)非常靈活，這表明需要與 DNA 結(jié)合才能形成剛性和活性復(fù)合物。
Hamdan 小組的高級(jí)研究員、該研究的共同主要作者 Muhammad Tehseen 進(jìn)行了關(guān)鍵的功能研究，闡明了 PCNA 泛素化如何調(diào)節(jié) PolK的活性。
“我們的數(shù)據(jù)提供了一個(gè)結(jié)構(gòu)框架來(lái)解釋 PCNA 如何將 Y 家族 TLS 聚合酶招募到 DNA 損傷位點(diǎn)，”Tehseen 解釋說(shuō)。由于 Y 家族聚合酶之間的高度域保守性，在 PolK-DNA-PCNA 復(fù)合物中觀察到的一些結(jié)構(gòu)特征可能適用于其他 TLS 聚合酶復(fù)合物。
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