DNA通常被比作藍(lán)圖。DNA 中 As、Cs、Gs 和 Ts 的特定序列為構(gòu)建生物體提供了信息。
這個(gè)類比沒有捕捉到這樣一個(gè)事實(shí)，即我們的 DNA 需要不斷維護(hù)以保持其完整性。如果沒有專門的 DNA 修復(fù)機(jī)器來定期修復(fù)錯(cuò)誤，DNA 中的信息將迅速退化。
這種修復(fù)發(fā)生在響應(yīng) DNA 損傷而被激活的細(xì)胞周期檢查點(diǎn)。就像裝配線上的質(zhì)量保證代理一樣，參與 DNA 損傷檢查點(diǎn)的蛋白質(zhì)會(huì)評(píng)估細(xì)胞的 DNA 是否存在錯(cuò)誤，并在必要時(shí)暫停細(xì)胞分裂并進(jìn)行修復(fù)。當(dāng)這個(gè)檢查點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)——這可能是基因突變的結(jié)果——DNA損傷就會(huì)增加，結(jié)果往往是癌癥。
盡管科學(xué)家們?cè)谶^去 50 年中對(duì) DNA 損傷和修復(fù)有了很多了解，但重要的懸而未決的問題仍然存在。一個(gè)特別令人困惑的謎題是一種稱為 9-1-1 鉗的修復(fù)蛋白——一種 DNA 損傷“第一反應(yīng)者”——如何將自身附著在斷裂的 DNA 鏈的位點(diǎn)以激活 DNA 損傷檢查點(diǎn)。
“我們知道，這種附著是啟動(dòng)有效修復(fù)計(jì)劃所必需的關(guān)鍵步驟，”斯隆凱特琳研究所 (SKI)研究 DNA 復(fù)制和修復(fù)基礎(chǔ)的分子生物學(xué)家Dirk Remus說。“但所涉及的機(jī)制是完全模糊的。”
現(xiàn)在，由于 Remus 博士的實(shí)驗(yàn)室和 SKI 結(jié)構(gòu)生物學(xué)家Richard Hite的實(shí)驗(yàn)室之間的合作，9-1-1 鉗如何被招募到 DNA 損傷部位的清晰畫面已經(jīng)出現(xiàn)。該結(jié)果挑戰(zhàn)了該領(lǐng)域的傳統(tǒng)智慧，于2022 年 3 月 21 日發(fā)表在《自然結(jié)構(gòu)與分子生物學(xué)》雜志上。
互補(bǔ)的專業(yè)知識(shí)產(chǎn)生令人驚訝的結(jié)果
這些驚人的發(fā)現(xiàn)源于兩個(gè)具有互補(bǔ)專業(yè)知識(shí)的實(shí)驗(yàn)室之間的合作。Remus 博士的實(shí)驗(yàn)室使用生化方法來研究 DNA 復(fù)制和修復(fù)的過程。在過去幾年中，他研究的一個(gè)主要目標(biāo)是在試管中重建整個(gè) DNA 復(fù)制和修復(fù)過程，除了周圍的細(xì)胞。
由于這項(xiàng)努力，他的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)純化了修復(fù)機(jī)制的幾個(gè)組件，包括 9-1-1 蛋白質(zhì)和促進(jìn) 9-1-1 與 DNA 結(jié)合的蛋白質(zhì)。
Remus 博士意識(shí)到，如果可以在原子分辨率下查看這些復(fù)合物，它們將提供一組修復(fù)過程中各個(gè)步驟的定格圖像。就在那時(shí)，他向海特博士的實(shí)驗(yàn)室尋求幫助。
“我說，‘我們有這個(gè)情結(jié);你能幫我們確定它的分子結(jié)構(gòu)以弄清楚它是如何工作的嗎?而這就是他所做的。”
Hite 博士是一位結(jié)構(gòu)生物學(xué)家，擅長(zhǎng)使用稱為低溫電子顯微鏡 (cryo-EM)的技術(shù)，該技術(shù)通過以能夠揭示單個(gè)氨基位置的分辨率可視化它們的細(xì)粒運(yùn)動(dòng)來研究蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)組裝體蛋白質(zhì)中的酸。就像機(jī)器的齒輪和杠桿一樣，正是這些氨基酸的運(yùn)動(dòng)使蛋白質(zhì)成為細(xì)胞的主力，包括那些修復(fù) DNA 的蛋白質(zhì)。
“當(dāng) Dirk 來找我們時(shí)，我們意識(shí)到我們實(shí)驗(yàn)室在過去幾年開發(fā)的許多工具都非常適合回答這個(gè)問題，”Hite 博士說。“使用冷凍電鏡，我們不僅能夠確定一個(gè)結(jié)構(gòu)，還能夠確定一組結(jié)構(gòu)。通過將這些結(jié)構(gòu)以邏輯模式組合在一起，基于新數(shù)據(jù)和以前的生化數(shù)據(jù)，我們可以提出關(guān)于這種夾子如何工作的建議。”
他們做到了，結(jié)果令人驚訝。
“我們開發(fā)的模型具有有趣的特征，與以前認(rèn)為的將這些類型的夾子加載到 DNA 上的方式相矛盾，”海特博士說。
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