DNA复制机制如何在 DNA 受损部位组装

低温电子显微镜 (cryo-EM) 使研究人员能够研究 DNA 复制机制如何在 DNA 受损部位组装。

细胞 DNA 持续暴露于内源性和外源性 DNA 损伤剂，例如活性氧和紫外线辐射。为了减少 DNA 损伤的生物学后果，所有生物体都进化出了耐受和修复 DNA 损伤的机制，以确保遗传信息得到准确遗传。一种称为跨损伤合成 (TLS) 的机制允许 DNA 复制通过未修复的 DNA 损伤进行。

TLS 涉及高度准确的 DNA 合成酶(复制性 DNA 聚合酶)，被专门的低保真 TLS 聚合酶暂时取代，这些酶可以以引入突变为代价确保细胞存活。TLS 聚合酶的诱变和转移合成活性可导致正常细胞癌变或癌细胞产生耐药性。

Y 家族 TLS 聚合酶 PolK能够跨多个受损碱基进行 DNA 合成，并通过增殖细胞核抗原 (PCNA) 被招募到 DNA 损伤处。以前的研究表明，PCNA 受泛素化调控。“在 PCNA 的赖氨酸残基 164 (K164) 处添加单个泛素分子促进了 TLS 聚合酶在损伤部位的募集和保留，但对这些聚合酶与泛素化 PCNA 之间相互作用的结构基础知之甚少，”结构生物学家说来自 KAUST 的 Alfredo De Biasio。

自 2018 年以来，De Biasio 的团队一直与人类 DNA 复制单分子分析专家 Samir Hamdan 领导的实验室合作，他们一直在使用冷冻电镜研究所涉及的关键蛋白质复合物的三维结构和功能。在 DNA 复制和修复中。

他们的最新研究描述了以接近原子的分辨率与 DNA、传入核苷酸和未修饰的 PCNA 或单泛素化 PCNA 结合的全长人类 PolK 的冷冻电镜重建。他们发现，在没有 DNA 的情况下，PolK与 PCNA 结合的结构非常灵活，这表明需要与 DNA 结合才能形成刚性和活性复合物。

Hamdan 小组的高级研究员、该研究的共同主要作者 Muhammad Tehseen 进行了关键的功能研究，阐明了 PCNA 泛素化如何调节 PolK的活性。

“我们的数据提供了一个结构框架来解释 PCNA 如何将 Y 家族 TLS 聚合酶招募到 DNA 损伤位点，”Tehseen 解释说。由于 Y 家族聚合酶之间的高度域保守性，在 PolK-DNA-PCNA 复合物中观察到的一些结构特征可能适用于其他 TLS 聚合酶复合物。

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