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——背景—— 天然无序区（Intrinsically Disordered Regions, IDRs）构象具有高度异质性，具有多种功能，比如IDRs作为功能结构域的连接，调控蛋白稳定性。IDRs在染色质结合蛋白上丰度很高，这些IDRs在连接DNA双链，染色质重构，以及与DNA代谢通路的其它蛋白作用扮演重要角色。而且，转录因子和单链DNA结合蛋白中的IDRs能调控这些蛋白与DNA的结合能力。然而，这些IDRs是否调控蛋白在染色质上的扩散和其它催化过程，依然处于未知状态。 MutL同源蛋白家族中的MutLα（MLH; Mih1-Psm1）是DNA错配修复复合物（DNA mismatchrepair, MMR）中的重要组成部分。Mih1-Pms1中IDRs连接有序结构域，形成环状结构，图1A。 MLH家族蛋白中的IDRs在高效的MMR过程中至关重要，人类癌症中能找到该区域内的错义或者缺失突变。前期的研究发现，MLH蛋白通过ATP循环介导的构象转变，调控与DNA的亲和力以及在DNA底物引入切口，从而促进有效的MMR过程。然而，IDRs在这个过程中的功能未知。来自德克萨斯大学奥斯汀分校的Finkelstein课题组，在Nucleic Acids Research上发表题为“Intrinsically disordered regions regulate both catalytic and non-catalytic activities of the MutLα mismatch repair complex”的研究论文，发现Mih1-Pms1的IDRs，既能影响MMR在DNA上的定位，也能影响ATP的水解活性。
——实验过程—— 为了探究Mih1-Pms1的IDR在MMR中的功能，作者对Pms1的IDR区域进行了缺失突变和取代突变，以改变IDR区域的序列组成和长度，图1C。实验结果表明，不同长度的取代，以及不同类型氨基酸序列的取代，均无法恢复Pms1活性。因此，作者认为IDRs的特定序列，而不是序列长度或者序列柔性程度在MMR中起作用。 Mih1-Pms1是一个DNA激活的ATPase和PCNA激活的内切酶。作者比较了野生型 Mih1-Pms1和两个Mih1-Pms1突变体DLDMMR,DLDnull与DNA的结合能力，发现在ATP缺乏时，三者与DNA结合能力相似；ATP存在时，野生型与DNA结合能力最弱, 图1D。并且两个DLD突变体复合物在不同刺激下，其ATP水解活性显著降低，图1E。基于此，作者认为IDRs能促进Mih1-Pms1与DNA相互作用。Mih1-Pms1通过在基因组上的一维扩散寻找靶基因。作者通过DNA curtains技术，探究Mih1-Pms1及突变体在DNA上的扩散能力。DNA curtains结果表明，ATP存在时，扩散系数相比于不存在ATP时显著增加，图 2D。这可能因为ATP结合会导致N端二聚化，帮助其在DNA上扩散。无论是否存在ATP，DLDnull扩散能力最差。因此IDRs对于Mih1-Pms1在DNA上扩散起重要作用。
图 2. IDRs促进Mih1-Pms1在DNA上的扩散。（A）DNA curtains技术图示。（B）荧光标价的Mih1-Pms1在双链DNA上的成像。（C）Mih1-Pms1在DNA上的扩散。（D）ATP存在和缺失时，Mih1-Pms1的扩散系数。 ——小结—— 总的来说，作者通过多种生化实验和生物物理实验，发现Mih1-Pms1中的IDRs既能帮助Mih1-Pms1在染色质上的扩散，又能促进DNA底物的加工。 参考文献： Kim, Y., Furman, C.M., et al. "Intrinsically disordered regions regulate both catalytic and non-catalytic activities of the MutLα mismatch repair complex." Nucleic Acids Research (2018). 作者： 阮 浩 |
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