生命学院孙博课题组发现DNA解旋酶活性转换新模式

近日，上科大生命学院孙博课题组在学术期刊《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表了题为“The convergence of head-on DNA unwinding forks induces helicase oligomerization and activity transition”（DNA解旋叉的对向聚合诱导解旋酶的寡聚及活性转换）的研究论文，报道了一种解旋酶通过蛋白聚集状态的改变来调整活性及功能的新路径。

DNA解旋酶是从原核生物到真核生物都高度保守的多功能马达蛋白。这类蛋白参与了DNA复制、修复、重组及端粒维持等几乎所有DNA代谢过程，其功能的缺失可直接导致遗传信息的不稳定及疾病的发生。例如，RecQ家族的Bloom syndrome helicase（BLM）解旋酶在同源重组修复过程中主要通过解旋双链DNA促进同源重组的进行。此外，BLM能够破坏已经形成的RAD51-单链DNA核蛋白丝，发挥抗重组功能，进而避免不良同源重组事件的发生。该蛋白基因突变导致遗传性的染色体断裂和重排，致使布卢姆综合征甚至癌症的发生。然而，多功能解旋酶BLM如何有效地实现多功能转换，保证重组准确性依然未知。

在本研究中，研究人员将光镊技术与共聚焦荧光显微技术相结合，在单分子水平实时动态观测BLM起始于 DNA上的相距5.8 kbp 的两个nick位置处的相向双链DNA解旋。出人意料的是，两组BLM 在解旋相遇后形成一个稳定的多聚复合体。同时，多聚的BLM复合体将其蛋白活性从解旋双链DNA转变为单链DNA的滑行，并能够有效去除单链DNA结合蛋白。这一发现解释了BLM解旋酶在同源重组中如何进行功能活性的转变，并为研究蛋白质寡聚状态和功能之间的关系提供了重要参考模型。

孙博课题组的助理研究员毕路路博士和2020届博士毕业生秦振恒博士为本论文共同第一作者，孙博教授为通讯作者，上海科技大学为第一完成单位。

图：A BLM从两个nick处起始对向双链DNA解旋并在聚合后实现单链DNA滑动；B BLM解旋酶的活性转换模型。

论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2116462119