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香港科技大学Nature揭示DNA复制的全新机制

  日期:2018-08-07  来源:生物通
香港科技大学(科大)的研究团队首次测定具原子分辨率的DNA复制机器三维结构。 



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香港科技大学赛马会高等研究院资深访问成员(退休科大生命科学部访问教授)戴碧瓘教授,香港大学助理教授翟元梁所带领的研究团队,与北京大学生命科学学院高宁教授合作,成功解析了真核生物的DNA复制起始位点识别复合物(origin recognition complex, ORC)的高分辨率三维结构(3Å),并揭示该复制机器运作的分子机制。这一结构清晰地解释了ORC是如何在大量DNA碱基(A,T,G,C)的“大海”中寻找正确合适的位点,从而启动DNA复制。


这一研究成果公布在Nature杂志上。


细胞需要通过复制具有其身份特征的基因组,进行自我增殖。一个受精卵细胞,需要经过万万亿(1016)次的复制后,才能发育成一个成年人。在这项艰巨任务中,究竟执行复制的分子机器长什么样,是如何运作的呢?


早在半世纪前,根据DNA双螺旋的晶体结构,DNA复制的概念已经被提出。当时科学界认为,距离了解DNA双螺旋如何分开并启动复制机器的原理已为时不远。然而,因为DNA复制机器巨大、有多个部件(由三个引擎组成),且其动态构象复杂,这看似简单的学术问题,却还是个未解之谜。


时至今日,随著冷冻电子显微镜技术的突飞猛进,这一研究组成员首次测定具原子分辨率的DNA复制机器三维结构。


如有过多的复制起始位点,会加快基因组的复制速度并缩短细胞分裂周期,这也是癌症细胞的一大特征。然而,太少的起始位点启动复制,也会产生另一个问题,就是迟缓的细胞生长,尤其在胚胎发育的关键阶段,或会导致发育畸形。DNA复制机器三维结构的高分辨率测定,可以提供更好的靶点,以方便抗癌药物的设计和筛选;更为重要的是,此分子结构信息揭示复制机器的工作机制,并有助理解ORC功能缺失相关遗传疾病的根本成因。


戴碧瓘教授的DNA复制机制研究,始于她在康奈尔大学担任助理教授时建立的实验室。其后她于1984年率先发现及命名MCM2-7基因,以及证明这些基因在DNA复制过程中所发挥的关键作用。而翟元梁教授在加入香港大学生物科学学院之前,曾任职于戴教授在科大的研究团队,也是科大生命科学部研究助理教授和科大赛马会高等研究院青年学者。


有关香港科技大学

 香港科技大学(www.ust.hk)是国际知名的研究型大学,其科学、工程、商业管理及人文社会科学领域,均臻达世界一流水平。科大校园国际化,提供全人教育及跨学科研究,培育具国际视野、创业精神及创新思维的优秀人才。科大的研究于香港的大学教育资助委员会「2014研究评审工作」获得最多「世界领先」评级,亦于最新的《泰晤士高等教育全球年轻大学排名榜2018》中排行第一,而科大的毕业生在2017年度的全球大学就业能力调查排名第12位,位列大中华院校之首。



参考资料:

Structure of the origin recognition complex bound to DNA replication origin



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