關(guān)鍵詞： Molecular Cell 破碎DNA分子 自我修復 RecA 蛋白質(zhì)
當DNA分子破碎后，破碎端會尋找完整的DNA區(qū)域來進行修復 (Credit: Image courtesy Cees Dekker lab TU Delft / Tremani)
近日,，來自荷蘭代爾夫特理工大學的科學家發(fā)現(xiàn)了DNA修復機制中的一個關(guān)鍵的元件,，當DNA雙股螺旋中斷后，破碎的DNA斷端會去尋找相似的序列,，并且用找到的相似序列來當成模板進行自身修復,，用一種二元分子技術(shù)，研究團隊發(fā)現(xiàn)DNA分子可以運用一種高效的途徑來完成這種尋找和識別相似DNA序列的過程,。相關(guān)研究成果刊登在了近日的國際著名雜志Molecular Cell上,。
棘手的問題
有時候，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)會容易破碎,，雙股螺旋會被偶然地切斷,，這就表現(xiàn)出了一個致命的問題，就是細胞不能處理這種DNA損傷,，基因組DNA就好比如此,，當然，這也是癌癥的一個常見原因,；但是令我們高興的是DNA錯綜復雜的修復系統(tǒng)的存在,，系統(tǒng)可以進行深入高效的錯誤檢測，那么修復系統(tǒng)是如何工作的,？
首先,，來自破碎DNA末端絲狀結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，其次是這種蛋白質(zhì)可以檢測DNA或者是次級的DNA染色體結(jié)構(gòu),，并且尋找可以與破碎DNA匹配的序列,，比如，我們?nèi)祟惖幕蚪M包含了30億個堿基對,，發(fā)現(xiàn)你感興趣的堿基對就好比是大海撈針一樣非常困難,。但是，這種尋找過程僅僅是數(shù)分鐘之內(nèi)高效發(fā)生的,，那么是如何完成的呢,？目前沒有人知道機理,。研究者的實驗解決了這個過程的一個關(guān)鍵步驟，就是分子識別步驟,。
探索操作
在細菌中,，所謂的RecA蛋白質(zhì)主要負責這種尋找過程，在大腸桿菌中,，RecA蛋白的纖絲結(jié)構(gòu)在DNA上形成,，尋找，并且和二級DNA分子進行配對,，單獨的RecA分子首次集合在一起形成破碎DNA的絲狀結(jié)構(gòu),，這種絲狀結(jié)構(gòu)然后“抓”著DNA分子并且和其它的破碎DNA序列進行對比,，一旦序列匹配,，這兩個序列便會緊密結(jié)合，開始修復過程,。研究者發(fā)現(xiàn)絲狀的二級DNA結(jié)合位點會和單股的DNA鏈進行反應,，隨后進行識別過程。
實驗數(shù)據(jù)揭示,，這種尋找過程的精確度是通過DNA結(jié)合位點的距離的控制的,，研究者闡明了在兩種分子比對過程中精確的發(fā)生過程，并且解析了為什么對于錯誤的分子序列會導致其快速分解,，而對于一個正確的序列可以使序列間形成一種緊密的結(jié)合,，從而開啟更深遠的修復過程。這就是兩種元件可以以一種驚人的速度高效地完成DNA的修復過程,。
新手段
研究小組發(fā)明了一種獨特的新式手段來使得獨立操作單獨的DNA分子和RecA結(jié)構(gòu)成為可能,，并且可以測量分子間的相互作用力，這種二元的分子操作技術(shù)結(jié)合了磁光鉗和基于激光捕捉的DNA分子操作手段,。這種技術(shù)同樣允許展開DNA分子,，對于分子識別過程非常重要，研究小組還可以檢測到兩種分子在尋找以及識別并且建立模型過程中之間相互作用的力量,。（生物谷：T.Shen<微博>編譯）
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doi:10.1016/j.molcel.2012.03.029
PMC:
PMID:
Mechanism of Homology Recognition in DNA Recombination from Dual-Molecule Experiments
Iwijn De Vlaminck1, Marijn T.J. van Loenhout1, Ludovit Zweifel1, Johan den Blanken1, Koen Hooning1, Susanne Hage1, Jacob Kerssemakers1, Cees Dekker1, ,
In E. coli homologous recombination, a filament of RecA protein formed on DNA searches and pairs a homologous sequence within a second DNA molecule with remarkable speed and fidelity. Here, we directly probe the strength of the two-molecule interactions involved in homology search and recognition using dual-molecule manipulation, combining magnetic and optical tweezers. We find that the filament's secondary DNA-binding site interacts with a single strand of the incoming double-stranded DNA during homology sampling. Recognition requires opening of the helix and is strongly promoted by unwinding torsional stress. Recognition is achieved upon binding of both strands of the incoming dsDNA to each of two ssDNA-binding sites in the filament. The data indicate a physical picture for homology recognition in which the fidelity of the search process is governed by the distance between the DNA-binding sites.
