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大肠杆菌RNA聚合酶驱动核糖核苷酸切除并进行DNA修复 导读：该论文揭示细胞如何快速识别DNA复制中的错误核苷酸！研究人员发现，依赖RNA聚合酶的扫描机制帮助核糖核苷酸切除修复系统(RER)在体内迅速找到错误的核苷酸，确保基因组完整性。这项研究有望为对DNA修复机制的理解和临床治疗提供新的突破。
背景 近日，美国纽约大学朗格健康学院教授 Evgeny Nudler 领导的团队通过对大肠杆菌 RER（ribonucleotide excision repair，核糖核苷酸切除修复）系统的深入研究，成功揭示了这个修复系统如何快速识别DNA复制中错误参入的核糖核苷酸的分子机制。 生物体在生命过程中会面临内/外因来源的DNA损伤，包括单链断裂、双链断裂等。DNA损伤不仅影响基因的正确复制，也阻碍其正常转录，为避免DNA损伤带来的灾难性后果，生物体进化出一整套修复机制，以保证复制和转录的正确性、基因组的完整性和遗传的稳定性。主要的修复方式有光激活修复系统、错配修复、剪切修复、同源重组修复等。 在基因转录过程中，RNAP沿模板链进行转录，感知DNA损伤并招募修复蛋白，进行修复，即为RNAP监视（RNAP-S）的DNA修复。当转录中的DNA双链产生诱变损伤时，转录模板链的修复程度要高于编码链，说明转录中优先修复模板链中的DNA损伤。RNAPⅡ在感知DNA损伤时，不与受损的碱基直接发生作用，而是感知其转录发生障碍后引起的空间位阻。RNAPⅡ装载DNA模板时，存在大规模损伤的DNA链往往由于受损的碱基与RNAPⅡ桥螺旋结构上方相结合，而不能发生正常的构象变化，从而导致转录障碍。 研究现象和问题 在基因组 DNA 复制过程中，由于核糖核苷三磷酸（rNTP或NTP）与脱氧核苷三磷酸 （dNTP）之间的相似度，DNA 聚合酶会不可避免地将 rNTP 代替 dNTP 参入到子代DNA分子中。这些错误参入的核糖核苷酸 (rNMP或NMP) 对基因组完整性构成威胁，需要被 RER 系统修复。然而，在细胞内，存在大量非特异性 DNA 结合物和高度丰富的组蛋白样蛋白等竞争者，如何在这样的“信息海洋”中快速识别错误参入的核糖核苷酸仍然是一个未解之谜。 实验设计和操作 为了研究 RER 系统如何快速识别错误参入的核糖核苷酸，研究人员使用定量质谱法和体内蛋白质-蛋白质交联来确定核糖核酸酶II和RNA聚合酶（RNAP）在活细菌细胞中相互作用时的关键表面，从而确定它们之间的化学连接距离。通过这种方式，他们发现大多数核糖核酸酶II分子都与RNA聚合酶偶联。此外，他们还使用冷冻电子显微镜（CryoEM）技术捕获核糖核酸酶II与RNA聚合酶结合时的高分辨率结构，揭示了定义RER复合物的蛋白质-蛋白质相互作用。 结果和结论 研究结果表明，细菌 RER 系统是与 DNA 转录偶联的，即依赖于RNA聚合酶来快速定位目标。核糖核酸酶II通过催化转录启用的一维DNA扫描对于在细菌体内的有效功能非常重要。该研究还支持了一种模型：核糖核酸酶II在 RNA 聚合酶的帮助下沿着 DNA 移动时扫描 DNA 以寻找错误参入的核糖核苷酸。这个模型解决了在体内高度复杂的生物环境下，如何在大量非特异性 DNA 结合物和高度丰富的组蛋白样蛋白等竞争者中识别错误参入的核糖核苷酸的问题。 意义和应用 这项研究不仅对 DNA 修复机制有基本性的启示，而且可能在未来的临床治疗中有深远的应用前景。例如，发现针对 RNA 聚合酶的抑制剂可以影响 RER 的效率，将为设计针对细胞内 RNA 聚合酶和 RER 系统的新型抑制剂提供理论依据。因此，这项研究具有重要的理论和实际价值，可以为人们更好地理解基因组稳定性、DNA 损伤应答和肿瘤发生提供新的思路。 【1】https://www./cell/pdf/S0092-8674(23)00458-0.pdf 【3】https://fanyi./#/ |
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