编辑推荐：
在核苷酸切除修复（NER）中，细菌 UvrABC 核酸内切酶复合物早期修复步骤存在关键细节不明的问题。研究人员对结核分枝杆菌 UvrA-UvrB 复合物及 UvrA 二聚体与受损 DNA 的复合物进行结构研究，明确了 UvrA 的 DNA 结合模式等，为理解 NER 途径提供了重要依据。
在微观的生命世界里，DNA 就像是一本记录生命密码的珍贵书籍，它指导着细胞的各种活动，维持着生命的正常运转。然而，DNA 却时刻面临着各种 “破坏分子” 的威胁，像紫外线照射、化学物质侵蚀等，这些都可能导致 DNA 出现损伤。如果这些损伤得不到及时修复，就可能引发细胞功能异常，甚至导致疾病的发生。核苷酸切除修复（NER）就像是一群勤劳的 “修复工匠”，专门负责修复受损的 DNA，对维持染色体稳定性起着至关重要的作用。
在细菌的核苷酸切除修复过程中，UvrA 和 UvrB 这两种蛋白质是早期损伤检测的 “先锋部队”。UvrA 属于 ATP 结合盒（ABC）超家族的 ATP 酶，以二聚体形式发挥作用；UvrB 则是 SF2 解旋酶家族的成员。它们分工合作，UvrA 负责识别 DNA 损伤，然后将 UvrB 精准地 “投递” 到损伤部位，后续再由其他蛋白质接力完成修复工作。尽管科学家们已经积累了不少关于它们的结构数据，但细菌核苷酸切除修复初始步骤中仍存在一些关键的分子和结构方面的谜团。比如，UvrA 在扫描基因组时的构象变化是怎样的？UvrA - UvrB 复合物的准确寡聚化状态是什么？损伤链是如何被识别的？这些问题就像一道道屏障，阻碍着我们对核苷酸切除修复机制的深入理解。
为了攻克这些难题，来自意大利东皮埃蒙特大学、米兰大学以及美国纽约城市学院等研究机构的研究人员展开了深入研究。他们把目光聚焦在结核分枝杆菌（MTB）的核苷酸切除修复途径上，结核分枝杆菌的核苷酸切除修复对其维持感染性和生存至关重要。
研究人员运用冷冻电镜（cryo - EM）技术，成功解析了结核分枝杆菌核苷酸切除修复途径中的三种不同的大分子复合物结构，分别是 UvrA 与 DNA 结合的复合物（MtUvrA? - DNA）、UvrA? - UvrB?与 DNA 结合的复合物（MtUvrA?UvrB? - DNA）以及之前未被描述过的 UvrA? - UvrB?与 DNA 结合的复合物（MtUvrA?UvrB? - DNA）。同时，他们还结合遗传和生化研究方法，得出了一系列重要结论。
MtUvrA 二聚体与内源性大肠杆菌 dsDNA 共纯化，且 dsDNA 存在氧化损伤：研究人员在对 MtUvrA - MtUvrB 复合物进行冷冻电镜分析时，意外发现了与 dsDNA 结合的 MtUvrA。经检测，这些共纯化的 DNA 存在氧化损伤，含有 8 - 氧代鸟嘌呤等氧化碱基，而常见的紫外线诱导加合物则不存在。推测可能是样品在制备过程中，细胞裂解产生的氧化环境或长时间与镍基基质结合，导致大肠杆菌基因组 DNA 氧化，从而成为 UvrA 的底物。
单颗粒冷冻电镜分析揭示 MtUvrA - MtUvrB - DNA 复合物的三种组装状态及层级重排：通过使用与 UvrB 具有高亲和力的合成 dsDNA 分子（DNA*），研究人员成功稳定了两种不同化学计量比的复合物 MtUvrA?UvrB? - DNA 和 MtUvrA?UvrB? - DNA，加上之前的 MtUvrA? - DNA，这三种复合物代表了结核分枝杆菌核苷酸切除修复初始阶段的大分子组装结构。同时发现，在这三种复合物中，DNA 存在两种不同的构象，分别为弯曲和局部解链状态以及线性状态，且蛋白质 - DNA 相互作用导致了碱基对参数的改变。
MtUvrA 的 ID 在 DNA 解旋、熔解和碱基翻转中起核心作用：与之前的结构相比，MtUvrA? - DNA 复合物中的 ID 呈现出独特的构象，它们像夹子一样夹住 DNA 双链中间的扁平段，促使 DNA 弯曲和解链。研究人员推测，ID 中的 β - 发夹结构（β - hairpin??? - ???）和酪氨酸残基 Y323 在结合受损 DNA 过程中起着关键作用。通过对两种蛋白质变体（MtUvrA - Δβ - hairpin 和 MtUvrA - Y323A）的研究发现，它们与受损 DNA 的结合活性明显降低，这进一步证实了上述推测。
一个 MtUvrB 分子与一个 MtUvrA 原聚体结合，引发支持 ID 重定位并释放 DNA：分析 MtUvrA?UvrB? - DNA * 的冷冻电镜结构发现，当一个 UvrB 分子与一个 MtUvrA 原聚体结合时，会导致该原聚体的支持 ID 构象不稳定并释放 DNA，同时 Signature - I 结构域发生重定位。这表明 UvrB 的结合会触发 MtUvrA 的结构重塑，而识别 ID 仍与损伤链稳定结合。
两个 UvrB 分子的结合使 UvrA 二聚体界面不稳定，为损伤传递奠定基础：MtUvrA?UvrB? - DNA * 的结构显示，两个 UvrB 分子的结合使 UvrA 的两个 ID 都发生位移，DNA 能够自由定位在 UvrA 的中央凹槽内。此时，UvrA 二聚体界面的相互作用面积大幅减小，变得不稳定。研究人员推测，识别 ID 的重定位可能会将损伤位点转移到已结合的 UvrB 附近，为损伤从 UvrA 传递到 UvrB 创造条件。
研究人员通过这些结构和生化分析，提出了一个关于核苷酸切除修复过程的模型。UvrA 首先二聚化并结合 DNA，然后通过 ID 对 DNA 进行弯曲、解旋和熔解，识别损伤位点。接着，第一个 UvrB 分子结合，导致支持 ID 释放 DNA，第二个 UvrB 分子结合促使 UvrA 二聚体解体，识别 ID 重定位，将损伤传递给 UvrB，最终形成预切割复合物。这一模型为理解核苷酸切除修复的初始阶段提供了重要框架，与其他 DNA 修复蛋白的损伤识别机制也有相似之处，如 UV - DDB、Rad4 等。不过，该研究也存在一些尚未解决的问题，比如导致 UvrA 特定构象变化的机制、ATP 水解的具体作用以及 UvrA 区分受损和未受损 DNA 的分子基础等，仍有待进一步研究。
在这项研究中，研究人员主要运用了冷冻电镜（cryo - EM）技术来解析大分子复合物的结构，通过该技术获得了三种关键复合物的高分辨率结构信息；还利用了多种生化实验技术，像表面等离子共振（SPR）、电泳迁移率变动分析（EMSA）和微尺度热泳（MST）等，来研究蛋白质与 DNA 的结合特性，这些技术为研究提供了有力的证据支持。
总的来说，这项发表在《Nature Communications》上的研究成果意义重大。它深入解析了 UvrA 损伤检测及向 UvrB 损伤传递的机制，为理解核苷酸切除修复途径提供了关键的结构和功能信息，为后续进一步研究 DNA 修复机制奠定了坚实基础，也为相关疾病的治疗和预防提供了潜在的理论依据。未来，随着研究的不断深入，有望在 DNA 修复领域取得更多突破，为生命科学和健康医学的发展带来新的机遇。**<
