DNA損傷反應（DDR）對於維持基因組的完整性至關重要。當DNA損傷或複製應激發生時，一個檢查點信號通路會被自動激活，用於叫停細胞周期並立即啟動對DNA損傷的修復，或在無可挽回的情況下觸發細胞凋亡。最近，來自范安德爾研究所（VAI）和洛克菲勒大學的研究人員揭示了9-1-1檢查點鉗(9-1-1 checkpoint clamp)這一DNA修復過程中的關鍵因子是如何作用於DNA的損傷部位的。
這些成果於3月21日發表在了《自然-結構與分子生物學》雜誌上，論文題目是："DNA通過與PCNA鉗相反方向的 9-1-1 DNA檢查點鉗加載"。
doi.org/10.1038/s41594-022-00742-6
研究人員寫道：9-1-1 DNA檢查點鉗被加載到DNA的5′端上，在那裡它激活了阻止細胞周期的DNA損傷檢查點。在增殖細胞核抗原（PCNA）中，加載工作通常由我們熟知的Rfc1-5完成，而9-1-1鉗是一個異源三聚體，在釀酒酵母中由Rad24-RFC（hRAD17-RFC）加載。問題就出在這裡，我們不了解的Rad24取代了Rfc1的加載工作，這導致9-1-1鉗的加載機制一直是個謎，不同於Rfc1將PCNA加載到3′端的連接處，Rad24-RFC會將9-1-1三聚體加載到5′端的DNA連接處。為了弄清Rad24的加載機制，我們分別解析了Rad24-RFC-DNA的9-1-1鉗在完全封閉狀態和以27開啟狀態下的兩個冷凍電鏡結構。這項工作闡明了對「細胞如何將遺傳指令從一代細胞正確傳遞給下一代」這一話題的新見解。
研究人員解釋說："DNA損傷會產生嚴重後果，包括癌症和其他疾病。正因為如此，我們的細胞設有一系列的檢查和平衡系統，以確保DNA的完整性。我們解析出的9-1-1 DNA檢查點鉗的高分辨率結構使得我們能夠看清它是如何與將其加載到DNA鏈上的分子相互作用的，從而詳細了解DNA修復的基本過程。我們希望這些成果能夠被用於開發與DNA損傷有關的疾病的新治療策略。"
閉合狀態9-1-1鉗的傾斜、底部和側面視圖
突出顯示了三個重要迴路的位置
9-1-1鉗在開口及閉合狀態下的結構
該結構由范·安德爾研究所的冷凍電鏡（cryo-EM）解析。解析結果發現，9-1-1 DNA鉗不是像所有其他已知的DNA鉗那樣從3'端加載到DNA上，而是從相反的一端加載到DNA上，即5'端。這一新穎和意外的發現解釋了為什麼9-1-1可以精準定位DNA的受損位置。為該領域的進一步研究奠定了基礎。
轉載自Science Daily: "Cryo-EM reveals how '911' molecule helps fix damaged DNA"
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於科研小組發布論文的同一天，另一篇記錄了斯隆·凱特琳研究所（SKI）的分子生物學家Dirk Remus和結構生物學家Richard Hite的合作研究成果的文章「9-1-1 檢查點鉗具的加載和釋放機制」也發布在了《自然-結構與分子生物學》雜誌上。
doi.org/10.1101/2021.09.13.460164
他們的發現源於兩個具有互補專業知識的實驗室之間的合作。Remus博士的實驗室使用生化方法來研究DNA複製和修復的過程。他過去幾年研究的一個主要目標是在試管中重建DNA的整個複製和修復過程，並排除附近細胞的干擾。
通過長期的努力，Remus博士的實驗室已經成功純化出了修復機制的幾個部分，包括9-1-1蛋白質和促進9-1-1與DNA結合的蛋白質。
Remus博士意識到，如果能夠以原子分辨率觀察這些複合物，它們之間的相互作用將能提供修復過程中每個步驟的圖像。就是在這個時候，他向他的同事Hite博士的實驗室尋求了幫助。Hite博士是一位結構生物學家，擅長使用一種稱為冷凍電子顯微鏡（cryo-EM）的技術，該技術能夠以原子級的分辨率對蛋白質及其內部的氨基酸進行高分辨率的觀察。
Hite博士回憶道：「當Dirk來找我們時，我們意識到我們實驗室在過去幾年中開發的許多工具都非常適合解決他面臨的難題。通過冷凍電鏡，我們不僅能夠確定一種結構，而且能夠確定一系列結構。此外，藉助新數據和以前的數據，我們能夠將這些結構組合在一起成為模型，並提出關於該鉗具如何工作的建議。」
這場兩個實驗室聯合進行的結構解析大獲成功，並給出了令人驚訝的結果：解析出的結構模型與以前學界公認的結論相悖。
9-1-1鉗具的形狀像一個環。為了發揮其功能，它需要將斷裂的DNA包圍在雙鏈DNA片段與單鏈DNA片段的暴露端之間的連接處。因此，9-1-1鉗的環結構必須打開，以允許單鏈DNA擺動到鉗的中心，然後環結構重新閉合。這不是自發發生的，而是由另一種蛋白質複合物，即鉗具加載複合物（clamp loader complex）促進的。
Remus博士補充說道："在此之前的所有研究中都認為，鉗具將以鎖緊墊圈的方式打開，基本上鉗具的兩個開口端將旋轉出平面以產生狹窄的間隙，但Rich觀察到的是，9-1-1鉗具的打開範圍比預期的要大得多，並且它完全在平面上打開，並沒有像鎖緊墊圈場景中那樣的扭曲。」
鎖緊墊圈（lock-washer）
鎖緊墊圈模型認為鉗具的兩個開口端將進行旋轉，以產生狹窄的間隙
科學家們指出，鎖緊墊圈模型(lock-washer model)已經存在了二十年，並且一直是圍繞DNA加載鉗子的指導範式。但在這種情況下，這是錯誤的。
Gif1: Rad24-RFC上的9-1-1在開合狀態間切換
Gif2: 9-1-1的打開過程，全程保持在平面上
Gif3: Rad24-RFC在Rad24-RFC-9-1-1的ATP綁定狀態及Rad24-RFC的ADP綁定狀態間切換。
Remus博士還認為這項研究最終可能會帶來更好的抗癌藥物：許多現有的化療藥物通過干擾癌細胞的DNA複製及修復過程生效。由於癌細胞修復DNA損傷的能力已經降低，添加破壞DNA的化療藥物會壓倒細胞修復DNA的能力，並導致它們死亡，例如PARP抑制劑。大膽猜想，也許發現9-1-1的工作原理能讓我們設計出更多對DNA複製及修復過程進行靶向干預的藥物。
轉載自News Medical: "Researchers offer a clear picture of how the 9-1-1 clamp is recruited to sites of DNA damage"
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水木未來·視界丨iss. 11
評論列表
情感機構有專業的老師指導，我就在老師的指導下走出了感情的誤區，真的很不錯！
被拉黑了，還有希望麼？
老師，可以諮詢下嗎？
如果發信息不回，怎麼辦？