PNAS：跟随诺奖脚步解析DNA修复

最近，密歇根大学的一项研究发现，细菌细胞内的一类蛋白质，能够从事一种“搜救”型的活动，搜寻错配的DNA，并修复它，以阻止可能与某些癌症相关的危险突变。这项研究结果发表在十一月二日的《PNAS》杂志。

　　

生物通报道：最近，密歇根大学的一项研究发现，细菌细胞内的一类蛋白质，能够从事一种“搜救”型的活动，搜寻错配的DNA，并修复它，以阻止可能与某些癌症相关的危险突变。

密歇根大学分子、细胞和发育生物学副教授Lyle Simmons指出，众所周知，蛋白质MutS可以识别并修复细胞中的DNA错配，但是，它如何检测这种罕见的事件，直至现在还不清楚。这项研究结果发表在十一月二日的《PNAS》杂志，有助于我们进一步了解DNA中的错误是如何被发现和修复的。延伸阅读：科学家解开DNA修复的谜团。

MutS蛋白是参与DNA错配修复的第一个蛋白，负责检测可能使人类易患某些癌症（一种称为Lynch综合征的遗传性疾病或癌症家族综合征）的罕见错误。Simmons说，如果一个人的错配修复系统受到阻碍，突变率就会增加100到1000倍。许多Lynch综合征患者，在MutS修复蛋白通路中有一个突变，更易患上结肠癌和胃癌、卵巢癌、小肠癌等等。

化学助理教授Julie Biteen说：“这里一个很特别的问题是，MutS如何在数以千计的错误配对中发现其罕见的DNA错配靶标。”在人体内，每3000万到6000万个正确配对的碱基，只发生一次错配。

Biteen说：“以前的工作，包括诺贝尔奖得主Paul Modrich的工作，表明MutS可以与DNA在试管中进行相互作用。在这里，我们在一个活细胞内观察MutS蛋白的运动，以探讨MutS如何与活细胞内的DNA相互作用。”

研究人员在细菌中研究MutS蛋白，很有可能这个蛋白也在人类中发挥相同的作用。Simmons说：“我们为了解细胞如何避免突变奠定了基础。此外，我们的工作正在推动我们开发新的显微技术，以后可用来理解人体细胞中的MutS蛋白如何发挥功能。”

为了看到这个蛋白，研究人员们将MutS蛋白与一个荧光标记融合，并用激光激发荧光。Simmons说，然后，他们可以追踪穿过活体细胞的单个分子，类似于在拥挤的房间里用聚光灯对着一个人。

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他们发现，MutS快速移动到覆盖整个拟核，然后当它到达DNA复制的地方时，显著减慢。在这个复制位点，MutS确定并固定错配。

Simmons说：“我们的研究表明，快速移动的蛋白不是寻找错配，而是寻找复制的位点。一旦到达那里，它就会减慢并搜索DNA合成时发生的错误。”

有四个成对排列的碱基，每个碱基只有一个特定的配对伙伴。碱基对使两个DNA螺旋链结合在一起，当错误的配对伙伴与最初的DNA碱基配对时，就会发生错配。当这些DNA链复制时，遗传信息被传递，复制的错误可能导致癌症。

Biteen说，错配的碱基对，可使复制叉上的DNA扭结。MutS蛋白本身在那个复制叉上，因此它准备捕获任何错误。作为一个额外的好处，这个定位可能告诉MutS：哪一侧被修复？哪一侧是新的、改变了的DNA。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Single-molecule motions and interactions in live cells reveal target search dynamics in mismatch repair
Abstract: MutS is responsible for initiating the correction of DNA replication errors. To understand how MutS searches for and identifies rare base-pair mismatches, we characterized the dynamic movement of MutS and the replisome in real time using superresolution microscopy and single-molecule tracking in living cells. We report that MutS dynamics are heterogeneous in cells, with one MutS population exploring the nucleoid rapidly, while another MutS population moves to and transiently dwells at the replisome region, even in the absence of appreciable mismatch formation. Analysis of MutS motion shows that the speed of MutS is correlated with its separation distance from the replisome and that MutS motion slows when it enters the replisome region. We also show that mismatch detection increases MutS speed, supporting the model for MutS sliding clamp formation after mismatch recognition. Using variants of MutS and the replication processivity clamp to impair mismatch repair, we find that MutS dynamically moves to and from the replisome before mismatch binding to scan for errors. Furthermore, a block to DNA synthesis shows that MutS is only capable of binding mismatches near the replisome. It is well-established that MutS engages in an ATPase cycle, which is necessary for signaling downstream events. We show that a variant of MutS with a nucleotide binding defect is no longer capable of dynamic movement to and from the replisome, showing that proper nucleotide binding is critical for MutS to localize to the replisome in vivo. Our results provide mechanistic insight into the trafficking and movement of MutS in live cells as it searches for mismatches.