清华大学Nature发表最新研究成果

　　

生物通报道  来自清华大学、香港科技大学和康奈尔的研究人员报告称，他们成功揭示出了分辨率达到3.8埃近原子水平的真核生物MCM复合物结构。这一重要的研究结果发布在7月29日的《自然》（Nature）杂志上。

清华大学生命科学学院的高宁（Ning Gao）研究员、香港科技大学的Yuanliang Zhai助理教授及康奈尔大学的Bik-Kwoon Tye教授是这篇论文的共同通讯作者。高宁实验室主要利用冷冻电镜三维重构技术研究蛋白质的生物合成和降解、核糖体的组装成熟、蛋白翻译的调控等重要生物过程。

在DNA的复制过程中，首先必须要将双链的DNA解开成两条单链，进而DNA聚合酶才能以两条单链作为模板通过碱基互补原则合成两条与原双链DNA一样序列的双链DNA。在原核生物和真核生物中，DNA解链都是由环绕并沿着DNA链DNA的专门的解螺旋酶来完成（延伸阅读：Cell：DNA复制的起源 ）。

真核生物双链DNA解开是由非常保守的微小染色体维持蛋白（MCM）负责，其家族成员包括MCM2、MCM3、MCM4(Cdc21)、MCM5(Cdc46)、MCM6(Mis5)、MCM7(Cdc47)。MCM2-7装载成六聚体复合物构成DNA复制许可因子，启动DNA复制。

在真核生物中，复制起始识别复合物实现结合复制起始点，然后在DNA复制蛋白Cdc6和Cdt1的帮助下将两个MCM2–7六聚体加在到原双链DNA上以二聚体形式结合到复制源上，组装成pre-RC(pre-replicative complex)，此时MCM2–7解螺旋酶活性尚未被激活。

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在G1-S的转折期，Cdc7-Dbf4（Dbf4依赖的激酶）和CDK（细胞周期蛋白依赖的激酶）两类激酶磷酸化一系列蛋白，从而使Sld2-Sld3-Dpb11介导的Cdc45和GINS等其他必需的复制蛋白结合到pre-RC上，形成具有解螺旋酶活性的CMG复合物（Cdc45–MCM2–7–GINS），此时细胞完成了对复制源的激活，然后进一步进行DNA聚合酶介导的链延伸过程。

在这篇Nature文章中研究人员报告称，他们纯化出了来自芽殖酵母G1染色体的内源性MCM2–7双六聚体，利用低温电子显微镜以3.8埃（Å）的总体分辨率确定了它的结构。除了一些周边区域，图像的核心分辨率达到了3.5埃，由此构建出了这一1.2 MDa复合物约80%序列的原子模型。结构分析结果揭示出了诸多关于这一大型复合物构造的细节，并阐明了这一复制螺旋酶功能的许多方面。

新研究中这些精细的结构细节为设计及解读一些剖析MCM2–7复合物功能及机制的生化研究提供了丰富资源。并为未来研究这一螺旋酶家族在真核生物中特异性的装配、激活和调控提供了一个框架。

（生物通：何嫱）

作者简介：

高宁

清华大学，生命科学学院，研究员，博士生导师

1996年9月—2000年7月，北京大学生命科学学院，生物化学及分子生物学系，获理学学士学位。
2001年8月—2006年7月，美国纽约州立大学奥尔巴尼分校，生物医学系，获理学博士学位，导师为美国科学院院士Joachim Frank教授，获得“杰出博士论文奖”。
2006年8月—2006年12月，美国纽约州Wadsworth Center，博士后（Research Affiliate）
2007年1月—2008年11月，美国霍华德休斯医学研究所，哥伦比亚大学，博士后（Research Associate）
2008年12月—至今，清华大学,生命科学学院，PI，博士生导师

实验室简介：
 高宁实验室主要利用冷冻电镜三维重构技术研究蛋白质的生物合成和降解、核糖体的组装成熟、蛋白翻译的调控等重要生物过程。在近期的工作中，高宁博士研究组采用冷冻电镜单颗粒技术解析了一系列原核核糖体成熟因子和核糖体亚基的复合物结构，从结构和功能上阐述了这些成熟因子的生理作用，相关研究工作发表在PLoS Biol、PNAS、Nucleic Acids Research等国际专业期刊。同时，高宁实验室还对核糖体上的蛋白翻译过程的多样性调控展开了相关的研究，这些工作对于目前知之甚少的共翻译（cotranslational）调控的分子机制提供了重要的结构基础和研究线索。

生物通推荐原文摘要：

Structure of the eukaryotic MCM complex at 3.8 Å

DNA replication in eukaryotes is strictly regulated by several mechanisms. A central step in this replication is the assembly of the heterohexameric minichromosome maintenance (MCM2–7) helicase complex at replication origins during G1 phase as an inactive double hexamer. Here, using cryo-electron microscopy, we report a near-atomic structure of the MCM2–7 double hexamer purified from yeast G1 chromatin……