PNAS：一种蛋白阻碍物能干扰DNA修复

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PNAS：一种蛋白阻碍物能干扰DNA修复 生物通报道：对于错配碱基的切除和修复是细胞的必需功能之一。在本期的《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上，来自杜克大学医学院生物化学系，霍华德休斯医学院HHMI的研究人员在这一方面又获得进一步的研究进展，他们发现一种DNA双螺旋上的蛋白阻碍物，这种蛋白能扰乱修复过程，从而排除了一些考虑的模式。这一研究成果公布在《PNAS》上。原文检索：PublishedonlinebeforeprintJuly9,2007Proc.Natl.Acad.Sci.USA,10.1073/pnas.0705129104Proteinroadblocksandhelixdiscontinuitiesarebarri

  生物谷报道：对于错配碱基的切除和修复是细胞的必需功能之一。在本期的《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上， 来自杜克大学医学院生物化学系，霍华德休斯医学院HHMI的研究人员在这一方面又获得进一步的研究进展，他们发现一种DNA双螺旋上的蛋白阻碍物，这种蛋白能扰乱修复过程，从而排除了一些考虑的模式。

  DNA修复（DNA repair）指双链DNA上的损伤得到修复的现象。这种反应可能使DNA结构恢复原样，重新能执行它原来的功能；但有时并非能完全消除DNA的损伤，只是使细胞能够耐受这DNA的损伤而能继续生存。也许这未能完全修复而存留下来的损伤会在适合的条件下显示出来（如细胞的癌变等），但如果细胞不具备这修复功能，就无法对付经常在发生的DNA损伤事件，就不能生存。所以研究DNA修复也是探索生命的一个重要方面，而且与军事医学、肿瘤学等密切相关。对不同的DNA损伤，细胞可以有不同的修复反应。

  现在已知在生物体中有三种DNA的修复：（1）光恢复修复：由紫外线所造成的DNA损伤（胸腺嘧啶二聚体），由于光恢复酶的催化，在可见光照射后恢复成完整无损的状态。（2）切除修复：嘧啶二聚体或某种碱基损伤可以被切除。然后通过相对的一条完整无损的DNA链作为模板重新进行合成，在这个被切除的部分中填上正常的碱基排列。在大肠杆菌中切除修复是由内切核酸修复酶，DNA多聚酶I．DNA连接酶依次地进行作用的结果。（3）重组修复：尽管双链DNA上发生了损伤（这种修复可以修复以下多种损伤），但生物还是能够形成完整无损的后代DNA，这是生物的耐受性（tolerance）之一。由于DNA上发生损伤，在以它作为模板所 产生的新的DNA中，相对原来发生损伤的地方就会出现缺口，从原来另一条完整无损的链（sister strand）上可以切下相应的核苷酸部分填到这个缺口中去，这就是重组修复的机制。除上述这些修复机制以外，似乎还存在着例如重新合成修复（de novo synthesis repair）、再结合修复等等的DNA的修复机制。即使在上述的修复现象中，其分子机制的细节也随生物种类的不同而有相当的差别。尽管如此，不过几乎所有的生物．从病毒到人都具有DNA修复的能力。已知缺乏切除修复的突变体对射线和化学诱变剂具有非常高的敏感性，此外突变和癌变的频度也会增高．但是重组修复有缺乏时，射线和化学诱变剂不能诱发它们产生突变。

  DNA错配修复是细胞复制后的一种修复机制,具有维持DNA复制保真度,控制基因变异的作用。DNA错配修复缺陷使整个基因组不稳定，最终会导致肿瘤和癌症的发生。DNA错配修复系统不仅通过矫正在DNA重组和复制过程中产生的碱基错配而保持基因组的稳定,而且通过诱导DNA损伤细胞的凋亡而消除由突变细胞生长形成的癌变。错配修复缺陷细胞的抗药性也引起了癌症化疗研究方面的关注。大多数情况下，错配修复健全型细胞对肿瘤化疗药物敏感，而错配修复缺陷细胞却有较高的抗性。DNA错配修复系统通过修复和诱导细胞凋亡维护基因组稳定的功能,显示了错配修复途径在癌症生物学和分子医学中的重要性。

  对于错配碱基的切除和修复是细胞的必需功能之一，已经有了几种模式来描绘半甲基化（hemimethylated）的脱氧核糖核酸——d(GATC)序列是如何在一个错配的任一边，以1000bp或更远的距离来知道大肠杆菌错配修复的。

  Anna Pluciennik和Paul Modrich这两个研究人员报道了一种DNA双螺旋上的蛋白阻碍物，这种蛋白能扰乱修复过程，从而排除了一些考虑的模式。研究人员在一个d(GATC)序列和一个错配之间的双螺旋上放置了一个水解缺陷型EcoRI内切酶，用以阻止双螺旋上信号传递。

  这种阻碍蛋白在高至80%的时间里都抑制MutH内切酶活性，利用包含有一个错配和一个d(GATC)位点的环状DNA，研究人员也发现双螺旋上的一个定位在阻碍MutH活性的两个位点之间更短的那条途径上break，而且这个break在长一点的那条信号途径中并没有出现。因此作者认为信号是沿着双螺旋contour进行传递的，而且DNA的柔软性可能在其中并没有起到什么作用。

  同期在Science杂志上，来自瑞典卡罗林斯卡医学院的研究人员发现细胞分裂前，一个DNA分子将会被复制成两个，并通过一种叫做Cohesin的物质黏合在一起。一旦两个DNA分子分开太早，新生成的细胞中的染色体（DNA分子的主要载体）数量就可能出现异常，正像很多肿瘤细胞的染色体数量异常一样。

  这一发现与通常的认识不同，细胞会使用Cohesin来修复受损的DNA链。肖格伦说，这项发现涉及到细胞最基本的工作机理，对癌症研究无疑具有重要意义。

原始出处:

Published online before print July 9, 2007
Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 10.1073/pnas.0705129104
Biochemistry

Protein roadblocks and helix discontinuities are barriers to the initiation of mismatch repair

( DNA repair | genetic stability | signaling )

Anna Pluciennik and Paul Modrich

Department of Biochemistry and Howard Hughes Medical Institute, Box 3711, Duke University Medical Center, Durham, NC 27710



Contributed by Paul Modrich, June 1, 2007 (sent for review May 21, 2007)

The hemimethylated d(GATC) sequence that directs Escherichia coli mismatch repair can reside on either side of a mismatch at a separation distance of 1,000 bp or more. Initiation of repair involves the mismatch-, MutS-, and MutL-dependent activation of MutH endonuclease, which incises the unmethylated strand at the d(GATC) sequence, with the ensuing strand break serving as the loading site for the appropriate 3'-to-5' or 5'-to-3' excision system. However, the mechanism responsible for the coordinated recognition of the mismatch and a hemimodified d(GATC) site is uncertain. We show that a protein roadblock (EcoRIE111Q, a hydrolytically defective form of EcoRI endonuclease) placed on the helix between the two DNA sites inhibits MutH activation by 70-80% and that events that escape inhibition are attributable, at least in part, to diffusion of EcoRIE111Q away from its recognition site. We also demonstrate that a double-strand break located within the shorter path linking the mismatch and a d(GATC) site in a circular heteroduplex abolishes MutH activation, whereas a double-strand break within the longer path is without effect. These findings support the idea that initiation of mismatch repair involves signaling along the helix contour.