研究人员揭示了调节DNA重组的关键机制

减数分裂重组产生遗传多样性并促进亲本染色体的适当染色体分离。这个过程需要一组聚合在称为核蛋白丝的单链 (ss) DNA 上的重组酶，以进行同源 DNA 之间的同源搜索和链交换。

在酿酒酵母减数分裂中，Spo11 形成程序化 DNA 双链断裂 (DSB)，从而生成 3'-ssDNA 尾部。一旦形成，ssDNA 突出端就会被丰富的高亲和力 ssDNA 结合蛋白、复制蛋白 A (RPA) 快速结合，以保护这些 ssDNA 免遭溶核降解或形成高级 DNA 结构。

RPA 包被的 ssDNA 底物与裸露的 ssDNA 底物不同，因为 RPA 对 ssDNA 具有高亲和力；因此，重组介体 Mei5-Sae3是重组酶与 RPA 包被的 ssDNA 结合所必需的。然而，Mei5-Sae3 在介导 Dmc1 活性中的机制作用仍不清楚。

为了研究 Mei5-Sae3 如何刺激 Dmc1 取代 RPA 并形成核蛋白丝，来自 NTU 化学、NTU IBS 和大阪大学的研究小组利用生化蛋白质纯化技术、单分子 FRET 和共定位单分子光谱 (CoSMoS)技术以卓越的时间分辨率捕获单个 DNA 上 Dmc1 的实时结合和 RPA 的解离。

他们的结果是发表在日记中核酸研究。

与主要关注整体反应的最终平衡产物的传统生物学方法不同，单分子方法可以阐明单个分子对单个生化步骤的贡献，揭示瞬时中间状态，从而深入了解反应的进展情况。

结果表明，Mei5-Sae3 通过优先降低 Dmc1 解离速率，稳定裸露 DNA 上 2-3 个分子的 Dmc1 成核簇。 Mei5-Sae3 还刺激 Dmc1 在 RPA 包被的 DNA 上组装。

使用 GFP 标记的 RPA，在 RPA 解离之前观察到中间体与 Dmc1 和 RPA 在 ssDNA 上的共存。此外，RPA的置换效率依赖于Dmc1浓度，且其依赖性与Dmc1簇在短ssDNA上的稳定性呈正相关。

这些发现表明，Mei5-Sae3 通过稳定 Dmc1 成核簇来介导 Dmc1 与 RPA 包被的 ssDNA 结合，从而影响 DNA 上的 RPA 动力学，从而促进 RPA 解离。

该研究为首次报道的这种独特介质蛋白 Mei5-Sae3 的详细分子模型做出了贡献，阐明了介质-重组酶相互作用如何刺激重组酶在 RPA 包被的 ssDNA 上组装。

更多信息：Chin-Dian Wei 等人，Mei5?Sae3 稳定 Dmc1 成核簇，以便在 RPA 包被的单链 DNA 上高效组装 Dmc1，核酸研究（2024）。DOI：10.1093/nar/gkae780

国立台湾大学提供