我校生命学院孙博课题组与合作者发现修复型DNA解旋酶的新型工作模式及机制

近日，我校生命学院孙博教授课题组与法国国家科研中心奚绪光教授课题组合作在知名学术期刊eLife杂志上在线发表题为“Human RPA activates BLM's bidirectional DNA unwinding from a nick”的研究论文。研究首次揭示了修复型DNA解旋酶Bloom syndrome helicase（BLM）在人类复制蛋白A（human Replication Protein A, hRPA）的协助下，由双链DNA中的单链断裂（nick）处起始进行双向解旋的模式和机制。该论文不仅介绍了BLM解旋酶这种新型工作模式，同时也为理解其参与DNA损伤修复过程的潜在功能提供了新的线索。

作为遗传信息的载体，DNA通常以稳定的双链结构形式存在，而遗传信息的读取往往以单链DNA为模板。在生命体中，双链DNA转变为单链DNA的这一过程是由一类特殊蛋白质——解旋酶（helicase）利用NTP水解提供的能量来完成的。该类蛋白参与DNA复制、修复、重组等几乎所有的DNA代谢过程。可想而知，解旋酶功能的缺失会导致基因组的不稳定以及相应疾病的发生。本论文的研究对象BLM便是参与DNA双链断裂的同源重组修复中的重要解旋酶。它的基因突变会增加细胞基因组突变概率，可能引起Bloom综合症（面部红斑侏儒综合征），甚至导致肿瘤的发生。因此BLM在维持基因组稳定性中扮演着关键角色，对BLM的研究对于深入理解生物体如何维持基因组完整性，以及由其引发的相应疾病起到至关重要的作用。

前期研究表明BLM解旋酶与多种蛋白质相互协作，在DNA复制和损伤修复过程中，解旋不同结构的DNA底物。在本文中，研究人员将光镊技术与共聚焦荧光显微技术相结合，实时动态观测BLM解旋酶在单根DNA分子上的解旋过程（图1A）。他们发现BLM本身虽然可以从DNA nick处启动单一方向的解旋，但是该过程需要极高浓度的蛋白以及施加于DNA上的外力协助完成。而hRPA可以通过大大降低所需蛋白浓度以及降低所需外力来帮助BLM进行解旋。出人意料的是，hRPA可以进一步激活 BLM解旋酶由DNA nick处起始的双向解旋模式（图1B）。研究人员进一步对其潜在的分子机制做了深入研究，证实该过程不需要两种蛋白的特殊相互作用，但自由的hRPA是必要的。

该工作首次报道的BLM双向解旋方式增加了对其解旋模式的认识，也为对BLM和hRPA合作参与的DNA同源重组修复提供了新的理解。BLM识别nick的能力有助于重组蛋白定位DNA损伤，并帮助募集其它所需蛋白。hRPA激活的BLM双向解旋模式可能进一步帮助生成长单链DNA，便于寻找同源DNA进行重组修复。

本论文中，孙博课题组2017级博士生秦振恒和博士后毕路路为共同第一作者，孙博教授和奚绪光教授为本文的共同通讯作者，上科大为第一完成单位。该研究工作得到了得到了科技部、上海市科委以及上科大科研启动基金的支持。

论文链接：https://elifesciences.org/articles/54098

图1：A，BLM解旋的荧光光镊实验示意图；B, hRPA的荧光信号表明BLM由DNA nick处起始的单向以及双向解旋。