由于DNA長鏈常常出現單個堿基的缺失或是損傷,，因此DNA損傷相當常見,，每天每個細胞大約有100萬個分子損害,。這些損傷可以造成DNA復制過程停滯，從而導致細胞死亡,。為了避免它,，細胞利用幾個信號通路來繞過損傷繼續(xù)DNA復制過程,。近日來自西班牙巴塞羅那大學的研究人員利用一些單分子操縱技術在體外重現了其中的一個過程。相關研究發(fā)表在11月30日的《科學》（Science）雜志上,。
“早在上世紀70年代人們就提出了這一信號通路,，現在通過操縱單分子我們在噬菌體上證實了它。相比于傳統(tǒng)的生化技術研究大量的分子,，我們的單分子操縱技術能夠在單分子水平上實時研究單個蛋白的作用機制,，”巴塞羅那大學基礎物理學系教授Maria Manosas說。
為了研究單個分子,，研究人員采用了磁性鑷子,。這一技術是將一段DNA發(fā)夾連接在玻璃表面與一個磁珠之間。當磁體系統(tǒng)產生磁場時,，可操縱磁珠產生磁場力。這一系統(tǒng)是通過檢測磁珠來衡量DNA鏈延伸改變,。Manosas說：“通過分子的延伸變化可以推斷出DNA上的蛋白質活動,。因為發(fā)生這些改變是蛋白質在起作用。”
在DNA復制過程中,，兩條DNA模板鏈分開合成互補鏈,。新的互補鏈再分別與一條初始鏈聯結，從而獲得兩個與初始DNA分子相同的拷貝,。在這一過程中,，一個稱為聚合酶的酶家族參與完成所有形式的DNA復制。當新生DNA鏈中的任何一條,，尤其是前導鏈（leading strand）存在損傷時,，聚合酶會停止合成堿基，由此導致復制過程停滯,。Manosas說：“這一過程停滯可引起細胞生長出現某些問題,。當這一復制機制（復制體）遭受解離時，本研究中分析的旁路過程就會啟動,。”
研究初始研究人員將焦點放在一種解鏈酶蛋白(UvsW)上,。UvsW能夠促進DNA鏈結合（這一現象就稱之為DNA雜交），還能夠以未受損的復制鏈作為模板構建一種稱為“霍利迪連結體”（Holliday junction）的中間結構,，與聚合酶一起作用,，推動系統(tǒng)回到出發(fā)點，一旦“跳過”損傷,，隨后就可以重啟DNA重復制過程,。因此當一條鏈受損時,，可利用另一條完整鏈作為備份恢復丟失的信息；這一過程就稱之為“模板轉換策略”,。“在本研究中,，我們觀測了這一信號通路的調控機制，以及解鏈酶UvsW的退火速度,，最快為每秒1500個堿基,，” Manosas說。
DNA修復對大量疾病至關重要,。深入了解這些現象將使我們能夠著手研究某些在人類中具有相似功能的蛋白,。Manosas正在這一方向上展開研究，著重解析一種稱作HARP的人類蛋白以了解其作用機制,。眾所周知,，HARP在基因組保守性中起非常重要的作用，它的功能障礙與某些類型的癌癥相關,。(生物谷Bioon.com)
DOI: 10.1126/science.1225437
PMC:
PMID:
Direct Observation of Stalled Fork Restart via Fork Regression in the T4 Replication System
Maria Manosas1,2,5,*, Senthil K. Perumal4,*, Vincent Croquette2,3,†, Stephen J. Benkovic4,†
The restart of a stalled replication fork is a major challenge for DNA replication. Depending on the nature of the damage, different repair processes might be triggered; one is template switching, which is a bypass of a leading-strand lesion via fork regression. Using magnetic tweezers to study the T4 bacteriophage enzymes, we have reproduced in vitro the complete process of template switching. We show that the UvsW DNA helicase in cooperation with the T4 holoenzyme can overcome leading-strand lesion damage by a pseudostochastic process, periodically forming and migrating a four-way Holliday junction. The initiation of the repair process requires partial replisome disassembly via the departure of the replicative helicase. The results support the role of fork regression pathways in DNA repair.
