低溫電子顯微鏡 (cryo-EM) 使研究人員能夠研究 DNA 復制機制如何在 DNA 受損部位組裝。
細胞 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 損傷的生物學后果，所有生物體都進化出了耐受和修復 DNA 損傷的機制，以確保遺傳信息得到準確遺傳。一種稱為跨損傷合成 (TLS) 的機制允許 DNA 復制通過未修復的 DNA 損傷進行。
TLS 涉及高度準確的 DNA 合成酶(復制性 DNA 聚合酶)，被專門的低保真 TLS 聚合酶暫時取代，這些酶可以以引入突變?yōu)榇鷥r確保細胞存活。TLS 聚合酶的誘變和轉(zhuǎn)移合成活性可導致正常細胞癌變或癌細胞產(chǎn)生耐藥性。
Y 家族 TLS 聚合酶 PolK能夠跨多個受損堿基進行 DNA 合成，并通過增殖細胞核抗原 (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) 處添加單個泛素分子促進了 TLS 聚合酶在損傷部位的募集和保留，但對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)生物學家說來自 KAUST 的 Alfredo De Biasio。
自 2018 年以來，De Biasio 的團隊一直與人類 DNA 復制單分子分析專家 Samir Hamdan 領(lǐng)導的實驗室合作，他們一直在使用冷凍電鏡研究所涉及的關(guān)鍵蛋白質(zhì)復合物的三維結(jié)構(gòu)和功能。在 DNA 復制和修復中。
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)合的全長人類 PolK 的冷凍電鏡重建。他們發(fā)現(xiàn)，在沒有 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合物。
Hamdan 小組的高級研究員、該研究的共同主要作者 Muhammad Tehseen 進行了關(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)提供了一個結(jié)構(gòu)框架來解釋 PCNA 如何將 Y 家族 TLS 聚合酶招募到 DNA 損傷位點，”Tehseen 解釋說。由于 Y 家族聚合酶之間的高度域保守性，在 PolK-DNA-PCNA 復合物中觀察到的一些結(jié)構(gòu)特征可能適用于其他 TLS 聚合酶復合物。
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